Laís Ravazzi Amado Filmes à base de proteína isolada de soja e alginato de sódio – Aspectos das misturas de biopolímeros, propriedades dos filmes e efeitos de extrato de beldroega nos filmes São José do Rio Preto 2022 Câmpus de São José do Rio Preto Laís Ravazzi Amado Filmes à base de proteína isolada de soja e alginato de sódio – Aspectos das misturas de biopolímeros, propriedades dos filmes e efeitos de extrato de beldroega nos filmes Tese apresentada como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Engenharia e Ciência de Alimentos, junto ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos, do Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Câmpus de São José do Rio Preto. Financiadora: CAPES Orientadora: Profª. Drª. Maria Aparecida Mauro Coorientadora: Profª. Drª. Keila de Souza Silva São José do Rio Preto 2022 Laís Ravazzi Amado Filmes à base de proteína isolada de soja e alginato de sódio – Aspectos das misturas de biopolímeros, propriedades dos filmes e efeitos de extrato de beldroega nos filmes Tese apresentada como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor em Engenharia e Ciência de Alimentos, junto ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência de Alimentos, do Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”, Câmpus de São José do Rio Preto. Financiadora: CAPES Comissão Examinadora Profª. Drª. Maria Aparecida Mauro UNESP – Câmpus de São José do Rio Preto Orientadora Prof. Dr. Fabio Yamashita UEL –Londrina Profª. Drª. Izabel Cristina Freitas Moraes USP – Câmpus de Pirassununga Profª. Drª. Vânia Regina Nicoletti UNESP – Câmpus de São José do Rio Preto Profª. Drª. Natália Soares Janzantti UNESP – Câmpus de São José do Rio Preto São José do Rio Preto 23 de fevereiro de 2022 Aos meus pais, Célia e Luiz, e aos meus irmãos, Letícia (in memoriam) e Ronaldo. AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente á Deus, pela força, fé e por me cercar de pessoas especiais, que me dão força, me apoiam e acreditam em mim. Aos meus avós, pais e irmãos pelo amor incondicional, por todo apoio e força durante todos os momentos. Agradecimento especial à minha irmã (in memoriam) e meu avô Geraldo (in memoriam) por tanto amor, tantos ensinamentos de vida e por caminharem sempre ao meu lado. À minha orientadora Profa. Dra. Maria Aparecida Mauro, por quem tenho enorme carinho e admiração. Sou muito grata por me acolher há mais de nove anos como sua orientanda, por tantos ensinamentos, correções, incentivo, e por tanto carinho, compreensão e paciência. À minha coorientadora, Profa. Dra. Keila de Souza Silva, que também me acompanhou desde a iniciação científica, pelos ensinamentos, sugestões, disponibilidade e apoio. Ao Yuri, pelo companheirismo, carinho e apoio. As minhas amigas de laboratório e vida, Ana Filippin, Ana Maria, Kati, Lê, Lili, Maísa e Mari. Agradeço pela ajuda no laboratório, paciência, conselhos, risadas, com certeza tudo se tornou mais leve com vocês. Ao Kayque pela ajuda nas análises de atividade antioxidante. Agradeço a todos os professores e técnicos do Departamento de Engenharia e Tecnologia de Alimentos da UNESP, pelos valiosos ensinamentos. As professoras Dra. Vânia Regina Nicoletti e Dra. Aline Margarete Furuyama Lima pelas correções da qualificação. Aos professores membros da banca examinadora por aceitarem o convite e pelas correções da tese. À professora Dra. Márcia Perez dos Santos Cabrera, por ter disponibilizado o equipamento Zetasizer Nano ZS (Processo FAPESP 2012/24259-0) para realização da análise do potencial zeta. À professora Vânia por ceder seu laboratório para o uso do reômetro. Ao Prof. Dr. Odílio Garrido de Assis e a técnica Silviane Zanni Hubinger pela possibilidade de realizar a análise de FTIR na EMBRAPA Instrumentação de São Carlos. Agradeço também à Jéssica e à Elisa pela ajuda. Ao Laboratório Multiusuário de Microscopia Confocal – LMMC, Fapesp 2004/08868-0, da USP de Ribeirão Preto, pela disponibilidade da utilização do microscópio confocal, e à técnica Elizabete Rosa Milani pelo auxílio na análise. Ao técnico Alberto Camilo Alécio, do Instituto de Química da UNESP de Araraquara, pela análise de FTIR nas amostras do Capítulo 4. Agradeço ao LMA-IQ da UNESP de Araraquara, pela disponibilidade da utilização do microscópio eletrônico de varredura, e ao técnico Diego Tita. À Flávia Villas Boas pela ajuda na utilização do Difractômetro de Raio-X e no cálculo do Índice de cristalinidade. À professora Dra. Ana Carolina Conti e Silva pela disponibilidade da utilização do texturômetro. À empresa Legus Agroindustrial Ltda pela disponibilidade da seladora a vácuo e à engenheira Ana Beatriz pela ajuda na selagem. À Danisco pela doação do alginato de sódio. O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) – Código de Financiamento 001, à qual agradeço. Agradeço à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) pelo auxílio financeiro à pesquisa, por meio do projeto de pesquisa de que participo (Processo nº 2020/05254-4). Minha enorme gratidão a todos que de alguma maneira colaboraram para a realização desse trabalho. “O aprendizado é uma chuva de rejuvenescimento para o cérebro” Ana Claudia Quintana Arantes (2021, p. 35) RESUMO O objetivo do presente trabalho foi investigar misturas de proteína isolada de soja (SPI) e alginato de sódio (ALG) em diferentes pHs e concentrações do polissacarídeo, bem como propriedades dos filmes elaborados a partir desses biopolímeros e efeitos da adição de extrato de beldroega (Portulaca oleracea L.) (EB). Soluções e filmes à base de SPI (5% m/m de solução filmogênica) com adição de diferentes concentrações (0; 0,25; 0,5; 0,75 e 1% m/m de solução filmogênica) de ALG foram elaborados em pH 6, 8 e 11. As soluções foram caracterizadas por propriedades reológicas, FTIR e microscopia confocal a laser, e os filmes comestíveis quanto a propriedades estruturais (FTIR e Raio-X), morfológicas (microscopia eletrônica de varredura), mecânicas (tensão, elongação na ruptura e módulo de Young), óticas (parâmetros de cor L*, a* e b*, opacidade e transmitância) e de barreira (ao vapor de água e ao oxigênio), além de sua interação com a água (umidade, solubilidade e isoterma de sorção de água). Filmes de SPI (5%) e SPI (5%) - ALG (1%) foram avaliados sem e com adição de EB, nas concentrações de 2,5; 3,75 e 5% m/m de solução filmogênica, quanto às suas propriedades, exceto a de sorção de água, e foi determinada sua atividade antioxidante pelo método DPPH. Por fim, foram analisadas propriedades de barreira (ao vapor de água, oxigênio e à luz) do polietileno de alta densidade (PEAD) e este foi comparado aos filmes biodegradáveis à base de SPI, avaliando-se o desempenho desses filmes como embalagem tipo sachê para chips de manga. Alterações de qualidade das amostras envasadas a vácuo foram analisadas quanto aos parâmetros de cor, conteúdo de β-caroteno e atividade antioxidante (pelos métodos ABTS e DPPH). Como principais resultados nas soluções de SPI-ALG a concentração 0,75% ALG e pHs 6 e 8 foram as condições que proporcionaram maior força do gel. Em relação aos filmes, verificou-se que a adição do polissacarídeo aumentou a opacidade, solubilidade e melhorou as propriedades mecânicas dos filmes à base de SPI, com particularidades para cada pH. No pH 11 a adição de ALG reduziu significativamente a permeabilidade ao oxigênio dos filmes, atingindo uma redução de 132% com concentração de 1% ALG. A adição de EB nos filmes simples (SPI) e compostos (SPI-ALG) não causou alterações nas estruturas moleculares (FTIR), no entanto, aumentou a opacidade e a atividade antioxidante. Além disso, nos filmes SPI-ALG aumentou a resistência à tensão. Filme comercial de PEAD apresentou menor permeabilidade ao vapor da água e opacidade e maior permeabilidade ao oxigênio quando comparado aos filmes biodegradáveis estudados. Em relação ao estudo de armazenamento, no geral, filme composto (SPI-ALG) parece ter sido o que mais contribuiu para manutenção da qualidade dos chips de manga, apresentando menor taxa de alteração de cor entre os filmes biodegradáveis e menor taxa de degradação de β-caroteno entre todos os filmes analisados. Apesar da necessidade de estudos mais aprofundados, os filmes à base de SPI-ALG demonstraram grande potencial como embalagem biodegradável de alimentos desidratados. Palavras–chave: Filmes biodegradáveis. Proteína isolada de soja. Alginato de sódio. pH. Portulaca oleracea L. ABSTRACT The aim of the present study was to investigate mixtures of soy protein isolate (SPI) and sodium alginate (ALG) at different pHs and polysaccharide concentrations, as well as properties of films made from these biopolymers and effects of the addition of purslane extract (Portulaca oleracea L.) (EB). Solutions and films based on SPI (5% w/w filmogenic solution) with the addition of different concentrations (0; 0.25; 0.5; 0.75 and 1% w/w filmogenic solution) of ALG were prepared at pH of 6, 8 and 11. The solutions were characterized by rheological properties, FTIR and confocal laser microscopy, and the edible films regarding structural (FTIR and X- ray), morphological (scanning electron microscopy), mechanical (tensile strength, elongation at break and Young's modulus), optical properties (L*, a* and b* color parameters, opacity and transmittance) and barrier parameters (to water vapor and oxygen), in addition to their interaction with water (moisture, solubility and water sorption isotherm). The properties of films, but water sorption, of SPI (5%) and SPI (5%) - ALG (1%) were evaluated with and without the addition of EB, at concentrations of 2.5; 3.75 and 5% w/w filmogenic solution and their antioxidant activity was determined by the DPPH method. Finally, barrier properties (to water vapour, oxygen and light) of high-density polyethylene (HDPE) were analyzed and was compared to SPI-based biodegradable films, evaluating the performance of these films applied as packaging (as sachet-type) for mango chips. Changes in the quality of the vacuum-packed samples were analyzed for color parameters, β-carotene content and antioxidant activity (by ABTS and DPPH methods). As main results in the SPI-ALG solutions, the concentration of 0.75% ALG and pHs of 6 and 8 were the conditions that provided greater gel strength. Regarding the films, it was found that the addition of polysaccharide increased the opacity, solubility and improved the mechanical properties of the SPI-based films, with particularities for each pH. At pH 11, the addition of ALG significantly reduced the oxygen permeability of the films, reaching a reduction of 132% at a concentration of 1% ALG. The addition of EB in simple (SPI) and composite (SPI-ALG) films did not cause changes in molecular structures (FTIR), however, it increased opacity and antioxidant activity. Furthermore, in the SPI-ALG films, the tensile strength increased. Commercial film (HDPE) showed lower water vapor permeability and opacity and higher oxygen permeability in comparison to the biodegradable films studied. Regarding the storage study, in general, composite film (SPI-ALG) seems to have contributed the most to maintaining the quality of mango chips, showing a lower rate of color change among the biodegradable films and a lower rate of β-carotene degradation among the analyzed films. Despite the need for further studies, SPI-ALG-based films have shown great potential as biodegradable packaging for dried foods. Keywords: Biodegradable films. Soy protein isolated. Sodium alginate. pH. Portulaca oleracea L. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1.1 – Estrutura química do alginato de sódio. 29 Figura 1.2 – Possíveis interações entre dois componentes de um sistema de biopolímeros, ex., uma mistura de proteína com polissacarídeo. 32 Figura 1.3 – Plantas de Portulaca oleracea L. espontâneas. 39 Figura 2.1 – Potential zeta em função do pH, (a) solução de SPI e ALG e (b) solução SPI-ALG com diferentes concentrações de ALG. 59 Figura 2.2 – Região de viscoelasticidade linear para blendas de SPI (5%) com diferentes concentrações deALG no pH 6 (a), pH 8 (b) e pH 11 (c) na frequência de 5 rad·s-1 e temperatura ambiente (25°C). 60 Figura 2.3 – Variação de G’ e G” com a frequência angular para blendas de SPI (5%) com diferentes concentrações deALG no pH 6 (a), pH 8 (b) e pH 11 (c) (Símbolos preenchidos para G' e símbolos vazios para G''). 63 Figura 2.4 – Espectros FTIR do pó de SPI (a) e do pó de ALG (b). 65 Figura 2.5 – Espectros de infravermelho das blendas de SPI (5%) com diferentes concentrações de ALG (0,25; 0,5; 0,75 e 1%) no pH 6 (a), pH 8 (b) e pH 11 (c). 67 Figura 2.6 – Imagens da microscopia confocal a laser das soluções de SPI (5%): (a) a (e) 0; 0,25; 0,5; 0,75; e 1% ALG, respectivamente; 1) pH 6; 2) pH 8; e 3) pH 11. 70 Figura 3.1 – Corpo de prova antes do rompimento durante análise das propriedades mecânicas TA.XT PLUS. 83 Figura 3.2 – Determinação de isotermas: cápsulas contendo amostras no interior de pote hermético (a) e cápsula durante pesagem (b). 85 Figura 3.3 - (a) cápsula de alumínio com sistema de rosca e vedação de borracha, (b) filme acondicionado na cápsula, (c) dessecadores armazenados em incubadora a 25°C. 87 Figura 3.4 – Espectro de FTIR da SPI em pó (a), ALG em pó (b) e glicerol (c). 91 Figura 3.5 – Espectro de FTIR dos filmes de SPI e SPI-ALG no pH 6 (a), pH 8 (b), e pH 11 (c). 93 Figura 3.6 – Superfície dos filmes SPI (5%) com acréscimo de: (a) a (e): 0; 0,25; 0,5; 0,75 e 1% ALG, respectivamente, no pH 6 (1), pH 8 (2) e pH 11 (3). Aumento de 250×. 96 Figura 3.7 – Superfície dos filmes SPI (5%) com acréscimo de: (a) a (e): 0; 0,25; 0,5; 0,75 e 1% ALG, respectivamente, no pH 6 (1), pH 8 (2) e pH 11 (3). Aumento de 10.000×. 97 Figura 3.8 – Seção transversal dos filmes SPI (5%) com acréscimo de: (a) a (e): 0; 0,25; 0,5; 0,75 e 1% ALG, respectivamente, no pH 6 (1), pH 8 (2) e pH 11 (3). Aumento de 250×. 98 Figura 3.9 – Espectro de raio X da SPI em pó (a) e ALG em pó (b). 99 Figura 3.10 – Espectro de raio X dos filmes SPI (5%) com diferentes concentrações de ALG (0; 0,25; 0,5; 0,75 e 1%) no pH 6 (a), 8 (b) e 11 (c). 100 Figura 3.11 – Transmitância dos filmes de SPI e SPI/ALG com diferentes concentrações de ALG, nos diferentes pHs, sendo (a) pH 6, (b) pH 8 e (c) pH 11. 110 Figura 3.12 – Isotermas de sorção dos filmes à base de SPI (5%) e ALG (0; 0,25; 0,5; 0,75 e 1%) no pH 6 (a), pH 8 (b) e pH 11 (c). 115 Figura 4.1 – Etapas para obtenção da beldroega seca e triturada. 136 Figura 4.2 – Espectro de FTIR da SPI em pó, ALG em pó e EB liofilizada. 142 Figura 4.3 – Espectro de FTIR dos filmes elaborados com SPI e EB em diferentes concentrações, em % (a) e SPI-ALG com EB nas mesmas concentrações (b). 144 Figura 4.4 – Microestrutura dos filmes elaborados com SPI (5%) e EB em diferentes concentrações: (a-d) 0; 2,5; 3,75 e 5%, respectivamente; e SPI (5%) + ALG (1%) com EB nas mesmas concentrações (e-h) 0; 2,5; 3,75 e 5%, respectivamente; 1) transversal de 250×; 2) superfície de 250×; e 3) superfície de 10.000×. 146 Figura 4.5 – Espectro de raio X da SPI em pó (a) e ALG em pó (b). 147 Figura 4.6 – Espectro de raio X dos filmes elaborados com SPI e EB em diferentes concentrações (a) e SPI-ALG com EB nas mesmas concentrações (b). 148 Figura 4.7 – Fotos dos filmes elaborados com SPI (5%) sem (a) e com adição de ALG (1%) (b), acrescidos de EB em diferentes concentrações: (1) a (4): 0; 2,5; 3,75 e 5%, respectivamente. 153 Figura 4.8 – Transmitância dos filmes elaborados com SPI (5%) sem (a) e com adição de alginato de sódio (b), com diferentes concentrações de extrato de beldroega (EB). 154 Figura 5.1 – Processo de envase e embalagens finais de cada formulação, sendo (a) chips de manga antes do envase, (b) envase a vácuo, (c) armazenamento em BOD, (d) embalagens após envase: 1 – PEAD, 2 – SPI, 3 – SPI-EB, 4 – SPI-ALG, (5) – SPI-ALG-EB. 171 Figura 5.2 – Umidade (a) e atividade de água (b) dos chips de manga armazenados nas diferentes embalagens biodegradáveis e no PEAD. 179 Figura 5.3 – Modelo cinético de segunda ordem da alteração do parâmetro L* de cor dos chips de manga armazenados nas diferentes embalagens biodegradáveis e no PEAD. 181 Figura 5.4 – Modelo cinético de segunda ordem da alteração do parâmetro b* de cor dos chips de manga armazenados nas diferentes embalagens biodegradáveis e no PEAD. 182 Figura 5.5 – Modelo cinético de segunda ordem da alteração do parâmetro C* de cor dos chips de manga armazenados nas diferentes embalagens biodegradáveis e no PEAD. 183 Figura 5.6 – Modelo cinético de segunda ordem da alteração do parâmetro h (hue) da cor dos chips de manga armazenados nas diferentes embalagens biodegradáveis e no PEAD. 184 Figura 5.7 – Modelo cinético de ordem zero da diferença total de cor (DE*) dos chips de manga armazenados nas diferentes embalagens biodegradáveis e no PEAD. 185 Figura 5.8 – Modelo cinético de segunda ordem da alteração de β-caroteno dos chips de manga armazenados nas diferentes embalagens biodegradáveis e no PEAD. 186 Figura 5.9 – Atividade antioxidante pelo método ABTS (μM de trolox·100g-1 de chips de manga) das amostras armazenadas nas diferentes embalagens biodegradáveis e no PEAD. 187 Figura 5.10 – Modelo cinético de segunda ordem da alteração da atividade antioxidante pelo método DPPH (μM de trolox·100g-1 de chips de manga) das amostras armazenadas nas diferentes embalagens biodegradáveis e no PEAD. 189 Figura A.1 – Potencial zeta de soluções aquosas de SPI a diferentes forças iônicas (0, 20 e 50 mM) sem e com segundo aquecimento (70 °C por 20 min). 197 Figura A.2 – Potencial zeta de soluções aquosas de SPI (a), alginato (b) e misturas de SPI (5%) com diferentes concentrações de alginato (c a f: 0,25; 0,5; 0,75 e 1%) em diferentes pH’s (2 a 11) e diferentes forças iônicas (0, 20 e 50 mM). 199 Figura B1 – Soluções de SPI (5%) e ALG (1%) pH 11 a diferentes concentrações de sal (0, 20 e 50 mM), (a) deformação versus G’ a 5 radˑs-1; (b) G’ e G’’ versus frequência, na deformação 0,02. 201 Figura C1 – Filmes biodegradáveis elaborados a partir de SPI e filmes compostos de SPI com acréscimo de: (a) a (e): 0; 0,25; 0,5; 0,75 e 1% ALG, no pH 11. 202 Figura D1 – Fotos das embalagens retiradas em cada dia de análise, com as formulações na seguinte ordem: PEAD, SPI, SPI-ALG, SPI-EB e SPI-ALG-EB 203 LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 – Parâmetros do ajuste do modelo da Lei da Potência para G’ e G” nas soluções SPI (5%) com diferentes concentrações de ALG em diferentes pHs, força iônica de 20 mM, e temperatura ambiente (25°C). 64 Tabela 3.1 – Umidade relativa das soluções salinas saturadas a 25 °C. 85 Tabela 3.2 – Índices de cristalinidade relativa (ICR) dos filmes de SPI adicionados de diferentes concentrações de ALG e elaborados em diferentes pHs. 101 Tabela 3.3 – Espessura (mm), Tensão (MPa), deformação na ruptura (%) e módulo de Young (MPa) dos filmes SPI (5%), nos pHs (6, 8 e 11), e acrescidos de diferentes concentrações de alginato (0,25; 0,5; 0,75 e 1%). 105 Tabela 3.4 – Parâmetros de cor (L*, a*, b*) e opacidade com diferentes concentrações de alginato e diferentes pHs. 108 Tabela 3.5 – Teor de água (g/100 g amostra) e solubilidade em água dos filmes de SPI (5%) com diferentes concentrações de alginato e diferentes pHs. 113 Tabela 3.6 – Parâmetro do modelo de GAB ajustado aos dados experimentais dos filmes a base de SPI e diferentes concentrações de ALG e pHs. 116 Tabela 3.7 – Permeabilidade ao vapor de água (g/m·s·Pa), densidade (g/m3), coeficiente de solubilidade (g/g·Pa) e coeficiente de difusão (m2/s) dos filmes de SPI (5%) com diferentes concentrações de alginato e diferentes pHs. 120 Tabela 3.8 – Espessuras (mm) e coeficientes de permeabilidade ao oxigênio (PO2) de filmes de SPI (5%) com diferentes concentrações de alginato, no pH 11. 122 Tabela 4.1 – Cristalinidade relativa das matérias-primas e dos filmes biodegradáveis. 149 Tabela 4.2 – Espessura e propriedades mecânicas (tensão, deformação na ruptura e módulo de Young) dos filmes sem e com adição de diferentes concentrações de extrato de beldroega. 151 Tabela 4.3 – Parâmetros de cor e opacidade dos filmes de SPI e SPI-ALG sem e com adição de diferentes concentrações de extrato de beldroega. 153 Tabela 4.4 – Umidade, solubilidade e permeabilidade ao vapor de água dos filmes de SPI e SPI- ALG sem e com adição de extrato de beldroega. 156 Tabela 4.5 – Atividade antioxidante pelo método DPPH do extrato de beldroega e dos filmes de SPI e SPI-ALG sem e com adição de diferentes concentrações do extrato. 157 Tabela 5.1 – Espessuras (mm), permeabilidade ao vapor de água (g/m·s·Pa) e ao oxigênio (PO2) e opacidade dos filmes de SPI (5%) e SPI (5%)-ALG (1%), ambos sem e com adição de EB (5%), e do filme de polietileno de alta densidade (PEAD). 177 Tabela E.1 – Atividade antioxidante pelos métodos ABTS*+ e DPPH de chips de manga com diferentes soluções extratoras. 204 Tabela F.1 – Parâmetros de cor (L*, a*, b*, C*, h e ΔE) dos chips de manga armazenados nas diferentes embalagens biodegradáveis e no PEAD durante estocagem à 25 °C. 205 Tabela F.2 – Conteúdo de β-caroteno (μg/g amostra) dos chips de manga armazenados nas diferentes embalagens biodegradáveis e no PEAD durante estocagem à 25 °C. 207 Tabela F.3 – Atividade antioxidante (AA) pelos métodos ABTS e DPPH, em μM de Trolox/100g amostra, dos chips de manga armazenados nas diferentes embalagens biodegradáveis e no PEAD durante estocagem à 25 °C. 208 SUMÁRIO INTRODUÇÃO GERAL 21 OBJETIVOS DA PESQUISA 23 Objetivo Geral 23 Objetivos Específicos 23 1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 25 1.1 Filme comestível 25 1.2 Proteína isolada de soja 27 1.3 Alginato de sódio 29 1.4 Interações entre proteínas e polissacarídeos 31 1.4.1 Proporção proteína/ polissacarídeo 32 1.4.2 pH 34 1.4.3 Força iônica 35 1.4.4 Temperatura 35 1.5 Filmes comestíveis com adição de extrato antioxidante 36 1.6 Portulaca oleracea L. (BELDROEGA) 38 REFERÊNCIAS 40 2 EFEITO DO PH E DA CONCENTRAÇÃO DE POLISSACARÍDEO EM MISTURAS DE PROTEÍNA ISOLADA DE SOJA E ALGINATO DE SÓDIO 51 RESUMO 51 2.1 Introdução 51 2.2 Materiais e Métodos 53 2.2.1 Materiais 53 2.2.2 Preparação das soluções 54 2.2.2.1 Solução estoque 54 2.2.2.2 Soluções SPI-ALG 54 2.2.3 Análises em solução 55 2.2.3.1 Potencial Zeta 55 2.2.3.2 Propriedades reológicas 55 2.2.3.3 FTIR-ATR 56 2.2.3.4 Microscopia confocal de varredura a laser 56 2.2.4 Análises estatísticas 56 2.3 Resultados e Discussão 57 2.3.1 Potencial zeta 57 2.3.2 Análises reológicas 59 2.3.2.1 Varredura de deformação 59 2.3.2.2 Varredura de Frequência 61 2.3.3 Espectroscopia de infravermelho (FTIR) 65 2.3.4 Microscopia confocal 68 2.4 Conclusões 71 REFERÊNCIAS 71 3 EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DE ALGINATO DE SÓDIO E DO PH EM FILMES À BASE DE PROTEÍNA ISOLADA DE SOJA 77 RESUMO 77 3.1 Introdução 77 3.2 Material e Métodos 80 3.2.1 Materiais 80 3.2.2 Elaboração dos filmes comestíveis 80 3.2.3 Caracterização dos filmes de SPI e SPI-ALG 81 3.2.3.1 Espessura 81 3.2.3.2 Análise por Infravermelho de Reflectância Total Atenuada (FTIR-ATR) 81 3.2.3.3 Análises morfológicas 81 3.2.3.4 Difração de Raios-X e cristalinidade relativa 82 3.2.3.5 Propriedades mecânicas 82 3.2.3.6 Propriedades óticas 83 3.2.3.7 Teor de água 83 3.2.3.8 Solubilidade em água 84 3.2.3.9 Isotermas 84 3.2.3.10 Permeabilidade ao vapor de água 86 3.2.3.11 Densidade dos filmes 87 3.2.3.12 Trasnferência de massa em filmes 87 3.2.3.13 Permeabilidade ao oxigênio 89 3.2.4 Análise estatística 89 3.3 Resultados e Discussão 90 3.3.1 FTIR 90 3.3.2 Análises morfológicas 94 3.3.3 Raio-X e cristalinidade relativa 99 3.3.4 Propriedades mecânicas 101 3.3.5 Propriedades óticas 106 3.3.6 Teor de água e solubilidade em água 110 3.3.7 Isotermas de sorção 113 3.3.8 Permeabilidade ao vapor de água 116 3.3.9 Densidade, coeficiente de solubilidade (β) e coeficiente de difusão ( wD ) 118 3.3.10 Permeabilidade ao oxigênio 121 3.4 Conclusões 123 REFERÊNCIAS 124 4 EFEITO DA ADIÇÃO DE ALGINATO E DE EXTRATO DE BELDROEGA (PORTULACA OLERACEA L.) EM FILMES À BASE DE PROTEÍNA ISOLADA DE SOJA 132 RESUMO 132 4.1 Introdução 133 4.2 Materiais e Métodos 135 4.2.1 Materiais 135 4.2.2 Extrato de beldroega 135 4.2.3 Elaboração dos filmes 136 4.2.4 Caracterização dos filmes 137 4.2.4.1 Espessura 137 4.2.4.2 Análise por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) 138 4.2.4.3 Difração de Raios X (DRX) 138 4.2.4.4 Microscopia eletrônica de varredura (MEV) 138 4.2.4.5 Propriedades mecânicas 138 4.2.4.6 Propriedades óticas 139 4.2.4.7 Teor de água 139 4.2.4.8 Solubilidade em água 139 4.2.4.9 Permeabilidade ao vapor de água (PVA) 139 4.2.4.10 Determinação da capacidade antioxidante dos filmes 140 4.2.4.10.1 Extração dos compostos bioativos 140 4.2.4.10.2 Determinação da atividade antioxidante (AA) 141 4.3 Resultados e Discussão 141 4.3.1 FTIR 141 4.3.2 Microestrutura 144 4.3.3 Difração de Raios X (DRX) e cristalinidade relativa 147 4.3.4 Propriedades mecânicas 149 4.3.5 Aparência visual e propriedades óticas 151 4.3.6 Teor de água, solubilidade e permeabilidade ao vapor de água 155 4.3.7 Atividade antioxidante 156 4.4 Conclusões 157 REFERÊNCIAS 158 5 FILMES BIODEGRADÁVEIS E ATIVOS APLICADOS COMO EMBALAGENS DE CHIPS DE MANGA (MANGIFERA INDICA L.) 165 RESUMO 165 5.1 Introdução 166 5.2 Materiais e Métodos 168 5.2.1 Materiais 168 5.2.2 Elaboração dos filmes 169 5.2.3 Propriedades dos filmes 169 5.2.3.1 Espessura 169 5.2.3.2 Permeabilidade ao vapor de água 169 5.2.3.3 Permeabilidade ao oxigênio 170 5.2.3.4 Opacidade 170 5.2.4 Preparo das embalagens e armazenamento 170 5.2.5 Análises da manga durante armazenamento 172 5.2.5.1 Umidade 172 5.2.5.2 Atividade de água 172 5.2.5.3 Cor 172 5.2.5.4 Carotenoides totais 173 5.2.5.5 Atividade antioxidante 173 5.2.5.5.1 Extração dos compostos bioativos da manga 173 5.2.5.5.2 Determinação da Atividade antioxidante (AA) pelo método ABTS 174 5.2.5.5.3 Determinação da Atividade antioxidante (AA) pelo método DPPH 174 5.2.6 Cinética de reação 174 5.2.7 Análises estatísticas 175 5.3 Resultados e Discussão 175 5.3.1 Propriedades de barreira dos filmes 175 5.3.2 Umidade e atividade de água da manga 177 5.3.3 Cor da manga 179 5.3.4 Conteúdo de β-caroteno das mangas 185 5.3.5 Atividade antioxidante da manga 187 5.4 Conclusões 189 REFERÊNCIAS 190 CONCLUSÕES GERAIS 195 PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS 196 APÊNDICE A: INFLUÊNCIA DO PH, FORÇA IÔNICA E SEGUNDO AQUECIMENTO NA CARGA LÍQUIDA DAS SOLUÇÕES DE SPI, ALG E MISTURAS SOBRE O POTENCIAL ZETA. 197 APÊNDICE B: EFEITO DA FORÇA IÔNICA SOBRE OS ENSAIOS OSCILATÓRIOS DE SOLUÇÕES DE SPI (5%) COM ADIÇÃO DE ALGINATO (1%). 200 APÊNDICE C: IMAGENS DOS FILMES BIODEGRADÁVEIS DE SPI E SPI-ALG 202 APÊNDICE D. EMBALAGENS DAS DIFERENTES FORMULAÇÕES RETIRADAS EM CADA DIA DE ANÁLISE 203 APÊNDICE E. SOLUÇÃO EXTRATORA MAIS EFICAZ PARA ATIVIDADE ANTIOXIDANTE DE CHIPS DE MANGA 204 APÊNDICE F. PARÂMETROS DE COR (L*, A*, B*, C*, H E ΔE) (TABELA F1), CONTEÚDO DE Β-CAROTENO (MG/G AMOSTRA SECA) (TABELA F2) E ATIVIDADE ANTIOXIDANTES PELOS MÉTODOS ABTS E DPPH (TABELA F3) NOS CHIPS DE MANGA DURANTE OS 100 DIAS DE ARMAZENAMENTO. 205 Introdução Geral 21 INTRODUÇÃO GERAL Os biopolímeros são de grande interesse nas indústrias alimentícias e farmacêuticas, uma vez que são utilizados para diversas finalidades, como elaboração de géis, microcápsulas, espumas, emulsões, coberturas e filmes biodegradáveis, dentre tantas outras. No entanto, um único polímero muitas vezes não fornece todas as características desejadas, fazendo-se necessário a combinação de dois ou mais deles. Vale mencionar que muitos fatores que alteram as características de misturas de biopolímeros, como composição, proporção de cada componente e pH da solução. O pH é de extrema importância na formação e estabilização de misturas de biopolímeros, uma vez que as propriedades eletrostáticas são altamente dependentes do pH, e deve ser avaliado. A elaboração de filmes biodegradáveis visa reduzir o uso de embalagens à base de petróleo presentes no mundo todo, que provocam graves consequências ao meio ambiente. Devido à grande quantidade de resíduo gerado e ineficiente processo de reciclagem, é crescente o interesse por materiais biodegradáveis à base de biopolímeros. Filmes biodegradáveis podem ser formados por proteínas, polissacarídeos ou lipídeos, além da combinação destes. Estudos sobre o desenvolvimento e caracterização de filmes a partir de mistura de proteínas e polissacarídeos têm sido conduzidos, e tem-se observado melhora nas propriedades de filmes compostos em relação a filmes simples, como na resistência mecânica e nas propriedades de barreira. A proteína de soja representa uma das principais alternativas como fonte de proteína de origem vegetal. Ela tem se destacado na elaboração de filmes por ser biodegradável, abundante, apresentar baixo preço e possibilitar reações de crosslinking, uma vez que possui muitos grupos laterais reativos. A SPI é produzida a partir da farinha desengordurada de soja e apresenta mais de 90% de proteínas, sendo as principais a β-conglicinina (7S) e a glicina (11S). O alginato de sódio é um polissacarídeo linear e aniônico extraído de algas marrons, e tem sido muito utilizado nas indústrias farmacêuticas e alimentícias devido a sua ausência de toxicidade, baixo custo, por ser biodegradável e apresentar boa biocompatibilidade. Além da combinação proteína e polissacarídeo, um filme comestível pode conter compostos antioxidantes, enriquecendo e protegendo os alimentos que por ele forem embalados. Uma alternativa é o extrato de plantas, como a beldroega (Portulaca oleracea L.), uma erva daninha comestível rica em compostos bioativos, que podem conferir propriedades antioxidantes. Filmes biodegradáveis ativos têm sido aplicados como embalagens para diversos Introdução Geral 22 produtos alimentícios, principalmente para alimentos com alta taxa de oxidação, e bons resultados têm sido observados. Nesse contexto, a presente pesquisa teve como objetivo principal investigar interações entre SPI (5%) e ALG em diferentes concentrações (0; 0,25; 0,5; 0,75 e 1%) e diferentes pHs. Além disso, visou a elaboração e caracterização de filmes à base desses biopolímeros e a avaliação do acréscimo de diferentes concentrações de extrato de beldroega a uma formulação de filme de SPI e uma de SPI-ALG. Por fim, quatro diferentes formulações de filmes foram aplicadas como embalagem tipo sachê para chips de manga. A tese está dividida em cinco capítulos: O Capítulo 1 se refere à revisão bibliográfica geral, abordando temas investigados nesta pesquisa. O Capítulo 2 apresenta o estudo de soluções de SPI e misturas de SPI-ALG em diferentes concentrações de ALG (0,25; 0,5; 0,75 e 1%) e em diferentes pHs. Estas foram avaliadas quanto ao potencial zeta, propriedades reológicas, espectroscopia de infravermelho (FTIR) e microscopia confocal. O Capítulo 3 aborda a elaboração e a caracterização de filmes à base de SPI. Realizou- se uma ampla caracterização de filmes formados apenas de SPI e de filmes compostos de SPI e ALG nos pHs 6, 8 e 11, com base em propriedades estruturais (FTIR e Raio X), microscopia eletrônica de varredura (MEV), propriedades mecânicas e óticas, umidade, solubilidade, isotermas de sorção e permeabilidade ao vapor de água e ao oxigênio. O Capítulo 4 avalia a adição de diferentes concentrações de extrato de beldroega (Portulaca oleracea L.) (2,5; 3,75 e 5%) em filmes simples de SPI (5%) e compostos de SPI (5%) – ALG (1%) no pH 11. As propriedades dos filmes foram avaliadas por análises de espectroscopia de infravermelho (FTIR), Raio X, microscopia eletrônica de varredura (MEV), propriedades mecânicas e óticas, permeabilidade ao vapor de água, umidade, solubilidade e atividade antioxidante pelo método 2,2-difenil-1-picril-hidrazil (DPPH). O Capítulo 5 compara propriedades dos filmes biodegradáveis (permeabilidade ao vapor da água e ao oxigênio e opacidade) com as do plástico convencional de polietileno de alta densidade (PEAD), e estuda o desempenho desses filmes na forma de embalagem tipo sachê para chips de manga. Alterações de qualidade de chips de manga envasados a vácuo foram Introdução Geral 23 determinadas com base em parâmetros de cor, conteúdo de β-caroteno e atividade antioxidante (realizada pelos métodos ABTS e DPPH). OBJETIVOS DA PESQUISA Objetivo Geral Avaliar as propriedades químicas, físicas e mecânicas da mistura de proteína isolada de soja com alginato de sódio e de filmes à base desses biopolímeros, bem como efeitos de extrato de beldroega nos filmes e aplicação de diferentes formulações como embalagem para chips de manga. Objetivos Específicos  Investigar propriedades de soluções de SPI (5%) e misturas SPI-ALG em diferentes concentrações de ALG (0,25; 0,5; 0,75 e 1%).  Avaliar filmes simples à base de SPI (5%) e compostos à base de SPI (5%) e ALG (0,25; 0,5; 0,75 e 1%) em diferentes pHs (6, 8 e 11).  Analisar a influência de diferentes concentrações de extrato de beldroega (2,5; 3,75 e 5%) em filme simples de SPI (5%) e filme composto SPI (5%) - ALG (1%), em pH 11.  Avaliar permeabilidade ao oxigênio de embalagens biodegradáveis ativas (com extrato de beldroega) e compará-las à dos filmes sem extrato e do plástico convencional de polietileno de alta densidade (PEAD).  Avaliar o desempenho de filmes biodegradáveis como embalagens tipo sachê para chips de manga, analisando a qualidade física e química das amostras ao longo do tempo de armazenamento em diferentes embalagens biodegradáveis e em embalagem de PEAD. Capítulo 1 24 Capítulo 1 Revisão Bibliográfica Capítulo 1 25 1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 1.1 Filme comestível Com o objetivo de reduzir o consumo de embalagens produzidas a partir do petróleo, matéria prima não renovável e cuja composição não é metabolizada por microrganismos, muitos pesquisadores têm estudado alternativas mais ecológicas. Uma opção, que vem sendo investigada por cientistas de diversas áreas em todo o mundo é a elaboração de filmes a partir de fontes renováveis e biodegradáveis, como as proteínas (ex.: glúten de trigo, zeína de milho, proteínas do soro de leite, proteínas de soja e gelatina), os polissacarídeos (ex.: pectina, celulose, alginato, quitosana, carragena e amido) e os lipídeos (ex.: monoglicerídeos acetilados, ácido esteárico, ceras e ésteres de ácidos graxos) (GONTARD et al., 1996; CUQ et al., 1995; KOSHY et al., 2015). Filmes e coberturas comestíveis são definidos como um material usado para embalar ou revestir alimentos, aumentando sua vida útil, e que podem ser consumidos juntamente com o alimento. Eles fornecem uma película de substituição e/ou fortificação a camadas naturais dos alimentos e, assim, evitam perdas de umidade e permitem a troca controlada de gases importantes, como oxigênio, dióxido de carbono e etileno, envolvidos nos processos de respiração dos vegetais. Um filme ou cobertura comestível pode ainda conter compostos bioativos, como agentes antioxidantes e antimicrobianos, enriquecendo e protegendo os alimentos neles contidos (PAVLATH; ORTS, 2009; WU et al., 2019). A diferença entre filme e cobertura está na forma de obtenção e aplicação nos alimentos, sendo que as coberturas são líquidas e aplicadas na superfície do alimento, na maioria das vezes por imersão, enquanto os filmes são utilizados na forma sólida, como embalagem. A formação dos filmes depende de interações físicas, químicas e eletrostáticas entre os componentes para que ocorram ligações cruzadas entre as cadeias de polímeros e se formem redes contínuas de polímeros (GENNADIOS et al., 1994). Depende também do tipo de processo, seja ele seco (extrusão ou termo compressão) (HERNANDEZ-IZQUIERDO; KROCHTA, 2008) ou úmido (casting), uma vez que taxas de secagem e condições de moldagem afetam a conformação das moléculas e a distância entre as mesmas e, consequentemente, suas interações (GENNADIOS et al., 1994). O método casting, no qual o filme é formado após a evaporação do solvente, apesar de ser um processo lento e descontínuo, o que o inviabiliza para uma escala industrial, é o mais utilizado nas pesquisas em filmes baseados em proteínas, uma vez que é simples, reprodutível Capítulo 1 26 na maioria dos laboratórios e é útil como primeira aproximação à formação de filmes (CIANNAMEA; STEFANI; RUSECKAITE, 2014). Uma alternativa, para produzir filmes em larga escala e que já vem sendo testada em planta piloto, é o casting contínuo. Munhoz et al. (2018) produziram filmes de pectina e casca de maracujá-amarelo em casting contínuo utilizando temperatura de 120 °C por 7 min de secagem, obtendo uma produtividade de 0,03 m2 de filme por minuto, e observaram que os filmes com 50% de casca de macacujá apresentaram resistência mecânica comparável à de filme de PVC, evidenciando o sucesso da técnica. Filmes puros de proteínas ou polissacarídeos possuem algumas limitações, no entanto, uma maneira de compensar as deficiências de cada matéria prima é a elaboração de filmes compostos. Estudos sobre o desenvolvimento e caracterização de filmes a partir de mistura de proteínas e polissacarídeos têm sido conduzidos, e tem-se observado melhora em algumas propriedades, como mecânicas, de barreira e de solubilidade (SILVA et al., 2016; 2018; ARVANITOYANNIS et al., 1997; DI PIERRO et al., 2011; OSÉS et al., 2009; YOO; KROCHTA, 2011). Osés et al. (2009), investigando filmes de WPI com acréscimo de goma mesquita (MG), observaram que a adição da goma melhorou a flexibilidade dos filmes. Os autores sugerem a utilização de goma mesquita para melhorar propriedades mecânicas de filmes de WPI como uma alternativa ao uso de grandes quantidades de plastificantes, pois estes aumentam a permeabilidade ao vapor de água dos filmes. A mistura de proteínas e polissacarídeos pode ocasionar problemas relacionados à miscibilidade e solubilidade. Ferreira et al. (2009) verificaram incompatibilidade em filmes de quitosana e WPI, com separação de fases, mas que, eventualmente, poderiam ter aplicação em sistemas alimentícios em que os filmes comestíveis devessem se desintegrar ou dissolver facilmente durante o processo de cozimento ou mastigação. Além das matérias primas utilizadas na composição dos filmes, muitos outros fatores podem ser estudados durante a elaboração dos mesmos. Entre eles, destaca-se a influência do pH (GENNADIOS et al., 1993; BRANDENBURG; WELLER; TESTIN, 1993; MANIGLIA et al., 2015), da força iônica (CARNEIRO-DA-CUNHA et al., 2011), da concentração das matérias primas (FELIX et al., 2014; SILVA et al., 2018), do tratamento térmico da solução (STUCHELL; KROCHTA, 1994; SILVA et al., 2016), da agitação da solução (MASAMBA; LI; ZHONG, 2016), da adição de extratos naturais (FABRA et al., 2018; HAN; YU; WANG, 2018) ou nanopartículas (LI et al., 2016 b), do tipo e quantidade de plastificante (FAKHOURY et al., 2012) e de parâmetros de processo tais como a técnica utilizada para a obtenção do filme Capítulo 1 27 (GARRIDO et al., 2013; CIANNAMEA; STEFANI; RUSECKAITE, 2014), além das condições de secagem (DENAVI et al., 2009) e das condições de armazenamento (ADILAH; HANANI, 2019). A adição de plastificantes é essencial para formação de um filme adequado. Eles possuem baixa massa molecular e baixa volatilidade e, quando adicionados a materiais poliméricos, reduzem a temperatura de transição vítrea e melhoram a mobilidade das cadeias. Os plastificantes mais utilizados para materiais biodegradáveis baseados em biopolímeros são o glicerol e o sorbitol (FELIX et al., 2014; KOKOSZKA et al., 2010; GALDEANO et al., 2009; MÜLLER; YAMASHITA; LAURINDO, 2008; MALI et al., 2005). Mali et al. (2005) investigando o efeito dos plastificantes (glicerol, sorbitol e a mistura 1:1) em filmes de amido de mandioca, constataram que o glicerol exerceu um efeito plastificante mais efetivo. 1.2 Proteína isolada de soja Segundo dados da FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations) (2017) o Brasil produziu em 2017 mais de 114 milhões de toneladas de soja em grãos, o que o torna o segundo maior produtor do mundo, atrás somente dos Estados Unidos. Além disso, de acordo com a CONAB (Companhia Nacional de Abastecimento) (2019), o Brasil vem melhorando a rentabilidade da produção de soja, através do uso de novas tecnologias, o que tem feito reduzir os custos e aumentar a produtividade. A maior parte da soja produzida no mundo é encaminhada para as indústrias, que a utilizam, em sua maior parte, para extração de óleo de soja ou produção de farelo. A partir do farelo é extraída a proteína da soja, que representa, em massa, quase 80% da soja utilizada nas indústrias produtoras de óleo de soja. Portanto, por serem coprodutos de grandes indústrias, as proteínas da soja são consideradas biopolímeros abundantes, o que as tornam baratas. Além disso, é considerada uma matéria prima biodegradável, nutritiva (representa uma fonte de proteína de alta qualidade e pobre em gorduras saturadas), e tem sido cada vez mais importante nas dietas humanas (KOSHY et al., 2015; CAO et al., 2019; TANG, 2019). Alimentos à base de soja têm recebido atenção devido a seus efeitos benéficos a saúde, como na redução dos sintomas da menopausa (KURZER, 2008), redução de risco de alguns tipos de câncer (MESSINA; BENNINK, 1998), além de apresentarem efeitos protetores contra a obesidade, diabetes e doenças renais (TANG, 2019). A soja tem sido uma das matérias primas mais utilizadas para produção de isolados proteicos, devido, sobretudo, ao seu elevado teor de proteínas e bom desempenho tecnológico. Capítulo 1 28 Por ser uma matéria prima renovável, barata e biodegradável, ela também tem sido muito visada como fonte de proteína para a elaboração de filmes biodegradáveis (KOSHY et al., 2015; CIANNAMEA; STEFANI; RUSECKAITE, 2014; SONG et al., 2011). Além do seu potencial como material de embalagem na forma de filme, a proteína de soja apresenta inúmeras aplicações, como na fabricação de materiais fibrosos, espumas, adesivos, agentes liberadores de medicamentos, dentre outros (TIAN et al., 2018). Ela também tem sido considerada uma candidata para a fabricação de materiais hospitalares, tais como curativos, uma vez que produtos à base de soja podem promover a regeneração tecidual, integrar-se a coágulos sanguíneos e estimular a produção de colágeno (LI et al., 2016). A proteína de soja pode ser encontrada comercialmente em três formas, que são: farinha de soja (SF, soy flour, que contém 54% de proteína), proteína concentrada de soja (SPC, soy protein concentrate, 65-72% de proteína) e proteína isolada de soja (SPI, soy protein isolate, possui valor ≥ 90% de proteína) (SONG et al., 2011). SF é produzida através da moagem da soja em pó fino, SPC é obtida pela remoção de parte dos carboidratos (açúcares solúveis) da soja descascada e desengordurada, e a SPI é obtida a partir da farinha desengordurada de soja, removendo a maioria dos componentes não proteicos (TIAN et al., 2018). As proteínas da soja são compostas de uma mistura de albuminas e globulinas, das quais 90% são proteínas de armazenamento e que possuem estrutura globular. As duas principais proteínas da soja são a β-conglicinina (7S) e a glicina (11S), que correspondem a 35% e 52% da estrutura da proteína da soja, respectivamente. Além delas, mais duas categorias também são identificadas, as frações 2S (8%) e 15S (5%) (TIAN et al., 2018; TRAN; ROUSSEAU, 2013). O ponto isoelétrico (pI) da solução de proteína de soja fica em pH entre 4,5 e 5 (JARAMILLO; ROBERTS; COUPLAND, 2011; LAM; PAULSEN; CORREDIG, 2008), no qual a SPI apresenta baixa solubilidade (em torno de 10%) devido à neutralização de carga, o que pode limitar sua aplicação em meios ácidos. Em valores de pH inferiores ao pI, os grupamentos amina da proteína estão carregados positivamente, possibilitando sua interação com polissacarídeos aniônicos, como pectina e alginato. Além disso, a adição de polissacarídeos pode aumentar a solubilidade da SPI próximo ao seu pI e impedir a formação de agregados muito grandes (JARAMILLO; ROBERTS; COUPLAND, 2011). Alta solubilidade da SPI é observada em condições alcalinas, chegando a 100% em pH 11 (FREITAS; ALBANO; TELIS, 2017). Nessas condições, a proteína de soja apresenta melhor funcionalidade, uma vez que pode auxiliar na emulsificação de compostos hidrofóbicos e na ligação com a água em sistemas alimentícios (MALHOTRA; COUPLAND, 2004; FREITAS; ALBANO; TELIS, 2017). Em relação aos filmes à base de proteína isolada de soja Capítulo 1 29 (SPI), estes vêm se mostrando promissores em muitas aplicações, por exemplo, em embalagens inteligentes, graças à alta capacidade de carregar e liberar substâncias de interesse, como agentes antimicrobianos (PAN et al., 2015b; ZHAO et al., 2013) e antioxidantes (HAN; YU; WANG, 2018; YUAN et al., 2017; WANG et al., 2016a). No entanto, a aplicação de filmes de proteína de soja é limitada devido a sua fragilidade e alta absorção de umidade. Modificações físicas, químicas ou enzimáticas, incluindo aquecimento, ajuste de pH, mistura, hidrólise, reticulação, entre outros, são geralmente conduzidas para obter materiais à base de proteína de soja de alto desempenho. Entre as diferentes abordagens, os métodos físicos, como a mistura com plastificantes e com outros biopolímeros, demonstraram vantagens como fácil preparação e melhoria efetiva de propriedades dos filmes (FELIX et al., 2014; TIAN et al., 2018; GUERRERO et al., 2013; SUI et al., 2016). Sui et al. (2016), por exemplo, verificaram que a adição de goma guar em filmes de SPI, elaborados pelo método de casting, proporcionou filmes mais resistentes e com melhores barreiras à luz e ao oxigênio, quando comparados aos filmes sem a goma. 1.3 Alginato de sódio O alginato de sódio (ALG) é extraído de algas marrons (Phaeophyceae), incluindo Laminaria hyperborea, Laminaria digitata, Laminaria japonica, Ascophyllum nodosum, e Macrocystis pyrifera, através de tratamento com soluções aquosas alcalinas, normalmente NaOH. Assim como o alginato de cálcio ou potássio, o alginato de sódio é um polímero composto de monômeros de ácido 𝛽-D-manurônico (M) e resíduos de 𝛼-L-ácido gulurônico (G) unidos por ligações glicosídicas (1→4) (Figura 1.1), e é sintetizado de três maneiras, blocos GG, MM ou ainda GM (LIMA, 2006; CAZÓN et al., 2017; LEE; MOONEY, 2012; OLIVAS; BARBOSA-CÁNOVAS, 2008). Figura 1.1 – Estrutura química do alginato de sódio. Fonte: LIMA (2006) Capítulo 1 30 O alginato é utilizado em diversas áreas, como na indústria biomédica, uma vez que sua biocompatibilidade e facilidade de gelificação, juntamente com a semelhança dos hidrogeis de alginato em relação às matrizes extracelulares dos tecidos, o torna altamente atrativo (LEE; MOONEY; 2012), podendo ser empregado, por exemplo, em impressões dentárias e curativos (DÁVILA; D’ÁVILA, 2017). Alginato também é extensivamente utilizado na indústria alimentícia, principalmente como agente gelificante (DÁVILA; D’ÁVILA, 2017), estabilizante e emulsificante (AUGST et al., 2006). Também tem se mostrado promissor em aplicações na forma de revestimentos ou filmes para limitar a desidratação de carnes, peixes e frutas, por exemplo (TAVASSOLI-KAFRANI; SHEKARCHIZADEH; MASOUDPOUR-BEHABADI, 2016). Além disso, é usado nas indústrias de bebidas, na indústria têxtil e de papel, assim como na área farmacêutica, cuja matriz polimérica serve ao encapsulamento de diversos produtos, como medicamentos, proteínas, células e DNA (TAVASSOLI-KAFRANI; SHEKARCHIZADEH; MASOUDPOUR-BEHABADI, 2016; ASHIKIN; WONG; LAW, 2010). Além de todos os benefícios citados, o ALG também tem sido extensivamente investigado na elaboração de filmes e coberturas comestíveis, uma vez que possui boa biodegradabilidade, biocompatibilidade, não toxicidade e baixo preço (JIN et al., 2019; TAVASSOLI-KAFRANI; SHEKARCHIZADEH; MASOUDPOUR-BEHABADI, 2016; LIMA, ANDREALI, SOLDI; 2007; RHIM, 2004). Os polissacarídeos geralmente formam filmes com boas propriedades mecânicas, mas devido a sua natureza hidrofílica, possuem propriedades deficientes de barreira. Alginato é um polissacarídeo que forma filmes com fraca barreira ao vapor da água, no entanto, sua alta higroscopicidade pode ser benéfica, sendo citada como uma vantagem por retardar a desidratação de alimentos sobre o qual é aplicado (FABRA et al., 2018; CAZÓN et al., 2017). Além disso, filmes de polissacarídeos são conhecidos por apresentarem boa barreira a gases, como o oxigênio (CAZÓN et al., 2017), reduzir a perda de aroma em vários produtos alimentícios (MILLER; KROCHTA, 1997), e de formar filmes com propriedades de transparência e mecânica favoráveis (DOU et al., 2018). Quanto às suas propriedades em solução, sabe-se que sua viscosidade aparente aumenta à medida que o pH diminui, e atinge um máximo em torno do pH 3-3,5, uma vez que grupos carboxílicos se tornam protonados e formam interações de hidrogênio (LEE; MOONEY; 2012). Além disso, o alginato é um polieletrólito carregado negativamente acima do pH correspondente ao seu pKa, que fica em torno do pH 3,4 (PAN et al., 2015a). Capítulo 1 31 1.4 Interações entre proteínas e polissacarídeos Proteínas e polissacarídeos são dois dos principais componentes em formulações alimentícias e farmacêuticas. A interação entre esses componentes determina a funcionalidade, estabilidade e textura do sistema, que dependem principalmente da razão proteína/polissacarídeo, pH, força iônica e temperatura utilizada na solução (DING et al., 2019; MURILLO-MARTÍNEZ et al., 2011). Há vários trabalhos na literatura considerando a mistura de proteínas e polissacarídeos, aplicados para diversos fins, como elaboração de géis (CHAUX GUTIERREZ; PÉREZ- MONTERROZA; MAURO, 2019), microencapsulação (ZHANG et al., 2016b), emulsões (TAVERNIER et al., 2017; ALBANO; NICOLETTI, 2018) e coberturas e filmes comestíveis (PIAZZA et al., 2009). Portanto, o entendimento das interações entre eles, nas mais diversas condições, oferece oportunidades para o desenvolvimento de novos ingredientes e produtos para a indústria de alimentos (YUAN et al., 2013; DICKINSON, 2011) e a indústria farmacêutica (PAN et al., 2015b). As redes tridimensionais dos filmes são amplamente dependentes das interações intra e intermoleculares entre as proteínas e das interações entre proteínas e outros constituintes. O tipo e o número de interações (eletrostáticas, hidrofóbicas, de hidrogênio e pontes dissulfeto), estabelecidos pela composição de aminoácidos, pela massa molar média e pelo tipo e variáveis da técnica de processamento usada na obtenção do filme, determinam a microestrutura do material e, consequentemente, suas propriedades macroscópicas (MAURI; AÑÓN, 2006; CIANNAMEA; STEFANI; RUSECKAITE, 2014). A mistura de polissacarídeos e proteínas na solução pode ser associativa (os biopolímeros se atraem) ou segregativa (ocorre repulsão entre os biopolímeros) dependendo do tipo de interação (DE KRUIF; TUINIER, 2001; MATALANIS; JONES; McCLEMENTS, 2011) (Figura 1.2). Na mistura associativa há uma atração relativamente forte entre os dois biopolímeros, o que faz com que eles se associem uns aos outros, sendo o exemplo mais comum a atração eletrostática entre moléculas com cargas opostas. A complexação entre os dois componentes pode levar à formação de complexos solúveis em uma única fase (1 fase) ou à formação de sistemas de duas fases (2 fases) como resultado de coacervação ou precipitação (2 fases), dependendo da natureza dos polímeros, da composição e das condições ambientais. O sistema de duas fases consiste em uma fase rica e uma fase pobre de ambos os biopolímeros. Na mistura segregativa existe uma repulsão relativamente forte entre os dois biopolímeros, o que ocorre se ambos, tanto a proteína quanto o polissacarídeo, tiverem cargas similares. Em Capítulo 1 32 concentrações suficientemente baixas os dois biopolímeros se misturam e formam uma solução de uma fase, e quando a concentração excede um certo nível, ocorre separação de fases e formação de uma solução de duas fases, sendo cada fase composta por um polímero diferente (MATALANIS; JONES; McCLEMENTS, 2011; TANG, 2019) (Figura 1.2). Figura 1.2 – Possíveis interações entre dois componentes de um sistema de biopolímeros, ex., uma mistura de proteína com polissacarídeo. Fonte: Traduzido de MATALANIS, JONES e McCLEMENTS (2011) 1.4.1 Proporção proteína/ polissacarídeo Como já citado, filmes biodegradáveis e/ou comestíveis produzidos a partir de fontes renováveis são alternativas interessantes para produzir revestimentos alimentícios ecologicamente corretos, podendo substituir os filmes à base de petróleo e assim reduzir os resíduos plásticos. A combinação de diferentes proporções de proteínas e polissacarídeos na forma de misturas oferece a possibilidade de criar diferentes filmes com características aprimoradas (PORTA et al., 2016; WANG; AUTY; KERRY, 2010; KRISTO; BILIADERIS; ZAMPRAKA, 2007). Há vários relatos na literatura a respeito do efeito de diferentes concentrações de polissacarídeo ou proteína em soluções filmogênicas e sua influência nas propriedades dos filmes (AMADO; SILVA; MAURO, 2020; XU et al., 2005). Amado, Silva e Mauro (2020) Capítulo 1 33 observaram que filme de SPI com adição de pectina mostrou melhora na barreira ao oxigênio e, também, com o aumento de seu conteúdo, quando esses filmes foram comparados com filmes formados apenas com proteína. Isso pode ser explicado quando se comparam propriedades de barreira de proteínas e polissacarídeos pois, de uma maneira geral, filmes formados por proteínas são menos permeáveis à água e mais permeáveis ao oxigênio devido à sua característica hidrofóbica, enquanto polissacarídeos, que possuem natureza polar, apresentam comportamento inverso (MILLER; KROCHTA, 1997). Silva et al. (2016) constataram que filmes à base de WPI se tornaram menos hidrofóbicos e diminuíram a permeabilidade ao oxigênio e ao gás carbônico com adição crescente de alfarroba, o que foi atribuído à natureza polar do polissacarídeo incorporado no filme em contraste com a natureza apolar do oxigênio. Xu et al. (2005) avaliaram o efeito da proporção estequiométrica entre a quitosana e amido na propriedade mecânica dos filmes compostos, e observaram que o máximo valor de tração ocorreu com proporção estequiométrica 1:1, para ambos os amidos estudados (amido ceroso e amido de milho), o que foi atribuído à máxima interação entre os biopolímeros nessa proporção, devido à formação de interações de hidrogênio inter-moleculares entre o NH3 + da quitosana e o OH- do amido. A concentração de proteínas e polissacarídeos também influencia a formação de géis (CHAUX-GUTIÉRREZ; PÉREZ-MONTERROZA; MAURO, 2019) e emulsões (ALBANO; NICOLETTI, 2018). Chaux-Gutiérrez, Pérez-Monterroza e Mauro (2019) elaboraram géis de albumina (ALB) e pectina (PEC) em diferentes proporções e verificaram que o comportamento dos parâmetros G’ (módulo de armazenamento) e G” (módulo de dissipação de energia) depende da concentração de PEC. Um aumento do G’ foi associado a um efeito de sinergismo entre a proteína e o polissacarídeo, sendo atribuído ao efeito do volume excluído (TOLSTOGUZOV, 1995). A teoria do volume excluído é relacionada à formação de fases em misturas de hidrocolóides e estabelece que numa mistura de dois biopolímeros, quando cada um ocupa uma fase distinta do volume da mistura, haverá um aumento da concentração local de cada um deles em relação à mistura sem separação de fases. Mesmo quando essa separação não ocorre extensivamente, os efeitos do volume excluído podem favorecer a agregação e a gelificação dos hidrocolóides (SANCHEZ et al., 1997; WANG et al., 2016b). Além disso, os autores observaram que a PEC pode afetar a estrutura secundária da ALB no sistema ALB- PEC, aumentando a agregação da proteína e a segregação dos biopolímeros. Capítulo 1 34 1.4.2 pH O pH das soluções influencia a desnaturação das proteínas, sendo uma das muitas variáveis que afetam a formação de filmes biodegradáveis (MAURI; AÑÓN, 2006). A elaboração de filmes à base de proteínas tem sido realizada em pH distante do seu ponto isoelétrico (pI), sendo que no pI da proteína, a coagulação não permite a formação de uma matriz homogênea (ROCHA et al., 2014; MAURI; AÑÓN, 2006). Já a alteração do pH para valores distantes do ponto isoelétrico causa o desdobramento da proteína, que passa para a forma de cadeia estendida, expondo seus grupos funcionais e aumentando as interações intermoleculares, o que propicia sua polimerização (CAO; FU; HE, 2007b, KOSHY et al., 2015). Segundo Mauri e Añón (2006), a formação de filmes de proteína de soja foi alcançada em pH 1-3 e 6-12. Os autores também investigaram o comportamento da SPI durante a formação de filme, através de mudanças na solubilidade das soluções de SPI em valores de pH 2, 8 e 11, e observaram que filmes em pH 8 apresentaram maior solubilidade. Os resultados também indicaram que os filmes eram formados, principalmente, por β-conglicinina (7S) e glicina (11S), as quais, dependendo do pH das soluções, se agregavam em diferentes formas durante a formação do filme. Ainda, segundo os autores, essas diferenças na estrutura das redes de proteínas afetariam as propriedades dos filmes. Chae e Heo (1997) elaboraram filmes de proteína do soro de leite em vários pHs (4-12) e observaram formação de filmes em pH 6,75 a pH 9. Nos pHs baixos e próximos da região isoelétrica da proteína (4, 5 e 6) não foi possível a elaboração dos filmes devido à precipitação da proteína. Segundo os autores, nessa região ocorrem mudanças tridimensionais da proteína devido a mudanças nas ligações covalentes dissulfeto, ligações hidrofóbicas e interações de hidrogênio. Os autores consideraram que o pH da solução de proteína de soro desempenhou um papel importante nas propriedades físicas dos filmes de proteína do soro de leite. Influência do pH também tem sido estudada em filmes biodegradáveis elaborados através da mistura de polímeros, porém, poucos trabalhos foram encontrados com essa abordagem (ROCHA et al., 2014; KIM; NETRAVALI, 2011). Rocha et al. (2014) elaboraram filmes com misturas de amido de mandioca e extrato proteico de soja e avaliaram a influência do pH sobre as suas propriedades (solubilidade, cor, resistência mecânica e permeabilidade ao vapor de água). Considerando como fatores desejáveis a baixa permeabilidade ao vapor da água, baixa solubilidade e boa resistência mecânica, encontraram que os melhores filmes seriam Capítulo 1 35 os preparados em pH 6,1. No entanto, este depende de muitas condições, como fonte do polímero, concentrações dos componentes da formulação e utilização de plastificantes. 1.4.3 Força iônica Como mencionado, a força iônica é um dos fatores que pode influenciar nas interações entre proteínas e entre proteínas e polissacarídeos. Vários autores têm pesquisado essa influência em diferentes formulações e preparos de soluções, com diferentes objetivos (XIONG et al., 2017; BENETTI; SILVA; NICOLETTI, 2019). Benetti, Silva e Nicoletti (2019) produziram microgéis de SPI sem adição de sal e com duas diferentes concentrações salinas (0,2 e 0,4%) e observaram que, embora a presença do sal monovalente não tenha afetado a estabilidade da emulsão elaborada, este provocou mudanças na microestrutura e no comportamento reológico das emulsões. Xiong et al. (2017), por sua vez, avaliaram o efeito da força iônica (20 a 400 mM) na formação de coacervados entre ovoalbumina (OVA) e carboximetilcelulose (CMC), e verificaram que a menor concentração favoreceu a formação de complexos e que o aumento da concentração salina enfraqueceu a interação entre os biopolímeros. Os autores atribuíram o ocorrido ao efeito de blindagem eletrostática provocado pelo excesso de íons de sal na solução. Há também vários trabalhos na literatura que estudam os efeitos de diferentes concentrações salinas sobre a medida do potencial zeta. Salgin, Salgin e Behadir (2012) por exemplo, verificaram que diferentes tipos e concentrações de sal provocaram alterações na carga elétrica de diferentes biomoléculas (albumina sérica bovina, amilase, invertase e fenilalanina). 1.4.4 Temperatura A temperatura e o tempo do tratamento térmico podem exercer influência sobre as propriedades de soluções e filmes formados por proteínas (STUCHELL; KROCHTA, 1994). Dentre os fatores químicos e físicos que induzem a desnaturação de proteínas, como pH, força elétrica, força mecânica e calor, este último é um dos mais utilizados. A desnaturação térmica da proteína ocorre tipicamente acima de um certo limiar de temperatura. Para SPI, esse limiar está geralmente entre 65 e 70 °C (KOSHY et al., 2015). Jaramillo, Roberts e Coupland (2011), com o intuito de melhorar a solubilidade da proteína de soja em pHs baixos como os de uma bebida, estudaram os efeitos de diferentes Capítulo 1 36 tratamentos térmicos sobre a estabilidade de complexos de SPI com pectina e mostraram que, apesar de suas propriedades sofrerem modificações com o calor, foi possível tratá-los termicamente junto com os demais ingredientes de uma bebida, garantindo a estabilidade microbiana e ainda mantendo a funcionalidade dos complexos nesse produto. Filmes biodegradáveis à base de proteínas, como proteína isolada de soja e proteína isolada do soro de leite, podem sofrer alterações nas suas características devido ao tratamento térmico utilizado. Stuchell e Krochta (1994), por exemplo, compararam as propriedades mecânicas dos filmes formados por SPI sem e com aquecimento, e observaram que aqueles que passaram pela etapa de aquecimento apresentaram maior resistência mecânica e maior elongação na ruptura, quando comparados aos filmes sem tratamento térmico. A desnaturação das proteínas rompe interações de hidrogênio e de grupos não polares, levando a uma estrutura mais aberta que permite interações intermoleculares e ligações dissulfeto entre as cadeias de proteínas, com consequente polimerização e formação de um filme contínuo, coeso e com menor volume livre (MILLER; KROCHTA, 1997; BRINDLE; KROCHTA, 2008). Silva et al. (2016) avaliaram filmes elaborados a partir de proteína do soro de leite (WPI) acrescida de goma alfarroba (LBG), em dois tratamentos térmicos (aquecendo a solução até 75 °C e imediatamente resfriando à temperatura ambiente e aquecendo até 75 °C, mantendo a essa temperatura por 10 min e depois resfriando), e observaram que o tratamento térmico mais severo foi importante para formar uma rede estável, formando uma matriz mais coesa e, consequentemente, filmes mecanicamente mais fortes, menos solúveis e com melhores propriedades de barreira a gases. Maniglia et al. (2015) estudaram os efeitos da temperatura de aquecimento e do pH da solução em filmes de resíduo da extração de cúrcuma (que possui como principal biopolímero o amido), através da metodologia de superfície de resposta, e obtiveram melhores condições em temperatura de 85,1 °C e pH 8,1, com base nas melhores propriedades mecânicas e na menor solubilidade, demostrando que as condições de aquecimento e pH influenciam nas ligações intermoleculares e nas propriedades dos filmes. 1.5 Filmes comestíveis com adição de extrato antioxidante Embalagens ativas, como é o caso das embalagens com adição de compostos antioxidantes, corresponde a uma técnica na qual há interação entre compostos da embalagem e o alimento embalado. Essa técnica visa prolongar a vida útil do produto e vem recebendo Capítulo 1 37 grande atenção em aplicações de armazenamento de alimentos (GÓMEZ-ESTACA et al., 2014; RANGARAJ et al., 2021). A deterioração dos alimentos é causada principalmente pela oxidação, que provoca redução da qualidade (como mudanças de cor devido à degradação de pigmentos, produção de sabores e odores indesejáveis), assim como redução do valor nutricional dos alimentos, ocasionada pela degradação de ácidos graxos essenciais, proteínas e vitaminas lipossolúveis (A, D, E e K) (NERÍN; TOVAR; SALAFRANCA, 2008; SANCHES-SILVA et al., 2014). Com isso, a indústria de alimentos tem buscado alternativas para reduzir estes efeitos. Uma alternativa, utilizada há bastante tempo, são as embalagens a vácuo ou com atmosfera modificada, no entanto, os efeitos são reduzidos parcialmente, uma vez que é difícil retirar completamente o oxigênio dissolvido nos alimentos no momento do envase (SANCHES- SILVA et al., 2014). Uma outra maneira de reduzir a degradação dos constituintes dos alimentos é a incorporação de antioxidantes a eles. Há diversas opções de antioxidante, no entanto, com a busca por um estilo de vida mais saudável, vem crescendo o interesse da indústria alimentícia na substituição de antioxidantes sintéticos, que podem apresentar efeito tóxico, por antioxidantes naturais (GÓMEZ-ESTACA et al., 2014). A adição de antioxidantes naturais diretamente em formulações alimentícias pode inibir diversas reações e aumentar a vida útil dos produtos, portanto, tem sido muito utilizada em diversos alimentos, como em produtos cárneos (RIBEIRO et al., 2019) e óleos vegetais (JORGE et al., 2018). No entanto, mudanças nas características sensoriais podem tornar esses produtos indesejáveis. No caso de alimentos embalados, uma alternativa para prevenir reações indesejáveis e aumentar a vida útil dos produtos é a aplicação desses compostos na embalagem. Além disso, no caso de embalagens comestíveis à base de proteínas, quando compostos com atividade antioxidante são adicionados nas formulações, eles podem reagir com os aminoácidos da proteína e auxiliar no crosslinking, melhorando as propriedades dos filmes (CAO; FU; HE, 2007a). A incorporação de antioxidantes naturais em filmes e coberturas comestíveis vem despertando cada vez mais interesse da comunidade científica, uma vez que esse processo pode reduzir a oxidação e até aumentar o valor nutricional dos alimentos, aumentar a resistência mecânica e barreira ao vapor da água (GANIARI; CHOULITOUDI; OREOPOULOU, 2017; RANGARAJ et al., 2021). Muitos autores investiram na incorporação de antioxidantes puros (padrões), como α-tocoferol, ácido caféico, catequina, quercetina e ácido ferúlico (LÓPEZ-DE- DICASTILLO et al., 2012; KANG et al., 2016; LI et al., 2021), no entanto, óleos e extratos vegetais com atividade antioxidante também estão sendo estudados e muitos resultados Capítulo 1 38 promissores têm sido encontrados (HROMIŠ et al., 2015; MORADI et al, 2012; NAIR; SAXENA; KAUR, 2018; SAXENA; SHARMA; MAITY, 2020; SIRIPATRAWAN; HARTE, 2010). Hromiš et al. (2015), por exemplo, adicionaram óleo essencial de cominho em filme de quitosana e verificaram aumento significativo da atividade antioxidante (28,96% no filme sem óleo e em torno de 80% nos filmes com adição de óleo, ambos analisados após 24 horas). Moradi et al. (2012), por sua vez, adicionaram óleo essencial de Zataria multiflora Boiss. (Shirazi thyme) e extrato da semente de uva também em filmes de quitosana e relataram melhora na taxa de permeabilidade ao vapor de água, no conteúdo de compostos fenólicos totais e na atividade antioxidante. Em relação ao tempo de armazenamento, dependendo dos componentes e das condições em que os filmes foram elaborados pode ocorrer melhora ou piora de suas características, assim como dos produtos embalados por eles. Cao, Fu e He (2007a) estudaram filmes de gelatina com adição de ácido ferúlico e ácido tânico e verificaram que as propriedades dos filmes com ácido tânico podiam melhorar depois de armazenados por mais de 90 dias, enquanto as propriedades dos filmes com ácido ferúlico eram pouco afetadas pelo tempo de armazenamento. Souza et al. (2020) ao adicionarem extrato produzido a partir do cozimento da semente do pinhão (Araucaria angustifolia (Bertol.) Kuntze) em filmes de SPI e o aplicarem como embalagem (tipo sachê) para óleo de linhaça, verificaram que o extrato contribuiu para estabilidade oxidativa do óleo e indicaram seu uso para embalagem biodegradável ativa. No entanto, até o momento, a maioria das aplicações dos filmes biodegradáveis adicionadas de extrato antioxidante são em produtos cárneos e pescados, como revestimento de carne bovina crua (BERMÚDEZ-ORIA et al., 2019), filé de peixe (CAI; WANG; CAO, 2020) e sardinhas salgadas (LÓPEZ-DE-DICASTILLO et al., 2012). Os autores utilizaram biopolímeros e extratos antioxidantes diferentes, porém todos notaram aumento da estabilidade dos produtos com adição do extrato nos filmes biodegradáveis. 1.6 Portulaca oleracea L. (BELDROEGA) Plantas alimentícias não convencionais, conhecidas como PANCs, estão se destacando nos últimos anos com o surgimento de diversas pesquisas sobre seus efeitos benéficos à saúde. Essas plantas crescem em meio a outras cultivares convencionais, como plantação de limão e laranja, ou em locais abandonados, como beira de estrada e terrenos baldios (DESTA et al., 2020). Capítulo 1 39 Portulaca oleracea L., pertencente à família das Portulacaceae, comumente conhecida por beldroega (Figura 1.3), pode ser considerada uma PANC. A beldroega é uma erva daninha e pode ser encontrada em regiões tropicais, subtropicais e temperadas em todos o mundo, crescendo em lugares como canteiros de flores e hortas e junto com plantações convencionais, sendo sua presença indicativo de solos férteis (NAGARANI et al., 2014; RANIERI et al., 2017). Figura 1.3 – Plantas de Portulaca oleracea L. espontâneas. Fonte: Elaborado pelo autor. A beldroega tem sido utilizada para diversos fins, como na alimentação humana com o intuito de aumentar e diversificar o consumo de hortaliças, uma vez que possui grande potencial nutricional, na alimentação animal e em aplicações medicinais, como no auxílio do tratamento de queimaduras, picadas de insetos e escorpião e cicatrização de feridas. Além disso, essa planta possui uma variedade de constituintes químicos com atividades antitumorais, antidiabéticas, antimicrobianas e antiinflamatórias (NAGARANI et al., 2014; BARROS et al., 2017; CHEN et al., 2019; SARATALE et al., 2020; LEE; PARK; HAN, 2020). Seus constituintes químicos pertencem principalmente aos flavonóides, alcalóides, terpenóides, ácidos orgânicos e outros compostos naturais (como ácidos graxos, polissacarídeos, vitaminas, proteínas e minerais). No entanto, os flavonóides (Kaempferol, apigenina, luteolina, miricetina e quercetina) e os ácidos graxos essenciais são os principais constituintes dessa planta (FARKHONDEH; SAMARGHANDIAN, 2019; KUMAR et al., 2022). Apesar de inúmeros estudos a respeito de seus nutrientes e efeitos benéficos à saúde, há na literatura poucos trabalhos que estudaram sua adição em produtos alimentícios. Dentre as pesquisas com a utilização da beldroega, avaliou-se sua aplicação na preservação de carne de porco resfriada (FAN et al., 2019), para enriquecimento de massa de macarrão (MELILLI et Capítulo 1 40 al., 2020) e para redução de alterações indesejáveis no óleo de soja após aquecimento (JORGE et al., 2018). REFERÊNCIAS ADILAH, Z. A. M.; HANANI, Z. A. N. Storage stability of soy protein isolate films incorporated with mango kernel extract at different temperature. Food Hydrocolloids, v. 87, p. 541–549, 2019. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2021.100679. ALBANO, K. M.; NICOLETTI, V. R. 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