Abstract The protein adsorption on the porous alginate microparticles was evaluated in regards to the coating ability and this protective effect during gastrointestinal assay. The coating was performed at suitable pH for optimized electrostatic interaction between protein and alginate. Concentrations of gelatin (HGE) and their hydrolysates (Collagel® (MGE) (> 10 kDa) and Fortigel® (LGE) (3 kDa)) from 1 to 10% (w/w) were tested. Higher protein adsorption was observed in the highest concentration of protein in solution and the amount adsorbed was inversely proportional to the degree of hydrolysis with 47.3, 41.4 and 29.3% of protein adsorbed when HGE, MGE and LGE were used, respectively. The particles that showed higher protein adsorption were submitted to gastrointestinal in vitro assay. In gastric simulation, 39.1, 41.8 and 49.0% of protein from HGE, MGE and LGE were solubilized while 81.3, 61.5 and 95.2% were solubilized after 5 h under enteric conditions.

RESUMO: A microencapsulação é utilizada para a proteção de compostos bioativos e controle de sua liberação. A combinação de métodos de encapsulação permite a obtenção de matrizes com melhores propriedades tecnológicas em relação às técnicas utilizadas individualmente. Na gelificação iônica são produzidas micropartículas porosas, e o recobrimento por interação eletrostática com uma proteína permite a obtenção de micropartículas mais protetivas. O objetivo do trabalho foi produzir micropartículas de alginato (AG) através da gelificação iônica e recobri-las com proteínas solúveis de concentrado proteico de soja. Dois fatores foram estudados, o teor de cálcio utilizado na gelificação iônica (0,8,1,6 e 2,4% m/m) e o pH (3,5 e 7,0) para o recobrimento eletrostático com uma camada proteica. Os potenciais zeta (PZ) dos biopolímeros e das micropartículas foram determinados. As micropartículas foram caracterizadas quanto a morfologia, tamanho médio e sua distribuição e quanto ao teor de proteína adsorvida nas situações estudadas. As micropartículas obtidas apresentaram-se (154-334μm) com recheio distribuído de forma multinuclear, com superfície continua e visualmente lisas, porém com variação grande no tamanho médio. A variação do teor de cálcio não foi significativa na adsorção proteica. O pH utilizado na adsorção proteica foi significativo, com adsorções muito maiores em pH 3,5 (6,5 - 6,7% m/m de proteína adsorvida, base seca) comparado ao pH 7,0 (<2,0% m/m de adsorção proteica, base seca), indicando que a interação eletrostática foi determinante no recobrimento proteico. Nesta situação, micropartículas AG e a proteína apresentam PZ com cargas opostas (pH>pKa AG<ponto isoeletrico, PI).

ABSTRACT: Microencapsulation is used for protection and release of bioactive compounds. Combination of encapsulation methods allows the production of matrices with better technological properties compared to the application of one of the methods alone. Use of ionic gelation produces porous microparticles, and coating it with a protein, by electrostatic interaction, may contribute to a better protection of the active compound. The objective of the research was to produce alginate microparticles (AG) through ionic gelation and to coat them with soluble protein from soy protein concentrate. Two factors were studied, calcium concentration during ionic gelation (0.8, 1.6 and 2.4% w/w) and pH (3.5 and 7.0) of the protein solution for electrostatic interaction. Zeta potential (ZP) of biopolymers and microparticles were determined. Microparticles were characterized according to its morphology, average size and size distribution, as well as protein adsorption. Microparticles presented (154-334μm) multinuclear distribution of active compound, continuous and smooth surface, with a great standard deviation considering average size. The calcium concentration did not influence the protein adsorption on microparticles.The pH used in protein adsorption showed significant effect, with higher adsorption occurring at pH 3.5 (6.5 to 6.7% w/w, dry basis,db, of adsorbed protein) compared to pH 7.0 (<2.0% w/w, db, of adsorbed protein) indicating that electrostatic interaction was determinant for the protein coating. At this situation, ionic gelation microparticles and proteins presented ZP with opposite charges (pH>pKa AG<Isoelectric point, IP).

Mimetizar estruturas biológicas como a parede celular dos tecidos vegetais pode ser uma alternativa para obter filmes biodegradáveis com propriedades mecânicas e de barreira ao vapor de água melhoradas. O objetivo do presente trabalho foi avaliar as propriedades mecânicas e de permeabilidade ao vapor de água (PVA) de filmes produzidos pelo método de evaporação do solvente (casting) a partir de misturas de metilcelulose, glucomanana, pectina e gelatina. Inicialmente, foram produzidos filmes a partir dos polissacarídeos em pH 4. O filme com melhor desempenho mecânico (tensão na ruptura = 72,64 MPa; elongação = 9,85%) foi obtido a partir de metilcelulose-glucomanana-pectina na proporção 1:4:1, respectivamente. Posteriormente, adicionou-se gelatina a esta mistura de polissacarídeos, e o pH foi ajustado para 4, 5 e 6. Os resultados mostraram melhoras significativas na PVA quando os filmes foram produzidos em pH 5 e com as proporções polissacarídeos/gelatina de 90/10 e 10/90, atingindo-se valores de 0,094 e 0,118 g.mm/h.m².kPa, respectivamente. Filmes com melhores propriedades mecânicas foram obtidos a partir da mistura dos polissacarídeos, enquanto que a PVA foi melhorada a partir da mistura dos polissacarídeos com a gelatina em pH 5.

Mimic biological structures such as the cell wall of plant tissues may be an alternative to obtain biodegradable films with improved mechanical and water vapor barrier properties. This study aims to evaluate the mechanical properties and water vapor permeability (WVP) of films produced by using the solvent-casting technique from blended methylcellulose, glucomannan, pectin and gelatin. First, films from polysaccharides at pH 4 were produced. The film with the best mechanical performance (tensile strength = 72.63 MPa; elongation = 9.85%) was obtained from methylcellulose-glucomannan-pectin at ratio 1:4:1, respectively. Then, gelatin was added to this polysaccharide blend and the pH was adjusted to 4, 5 and 6. Results showed significant improvement in WVP when films were made at pH 5 and at polysaccharides/gelatin ratio of 90/10 and 10/90, reaching 0.094 and 0.118 g.mm/h.m².kPa as values, respectively. Films with the best mechanical properties were obtained from the blend of polysaccharides, whereas WVP was improved from the blend of polysaccharides and gelatin at pH 5.

Micropartículas produzidas por coacervação complexa foram reticuladas com glutaraldeído ou com transglutaminase e secas por liofilização ou por spray drying. As amostras úmidas apresentaram Eficiência de Encapsulação (%EE) maior que 96%. Os diâmetros médios variaram de 43,7 ± 3,4 a 96,4 ± 10,3 µm para amostras úmidas, de 38,1 ± 5,36 a 65,2 ± 16,1 µm para as amostras desidratadas e de 62,5 ± 7,5 a 106,9 ± 26,1 µm para as amostras reidratadas. A integridade das partículas sem reticulação foi mantida quando a liofilização foi utilizada. Após a secagem por spray drying, apenas amostras reticuladas mantiveram a integridade da parede. As micropartículas apresentaram forma esférica e no caso das amostras desidratadas, paredes rugosas aparentemente sem rachaduras foram observadas. A distribuição do recheio nas matrizes foi multinucleada e homogênea e a liberação do material de recheio foi avaliada em etanol anidro. Partículas úmidas reticuladas com glutaraldeído na concentração de 1,0 mM.g-1 de proteína foram mais eficientes na retenção do recheio comparadas a 0,1 mM.g-1 de proteína ou reticuladas com transglutaminase (10 U.g-1 de proteína). A secagem influiu fortemente no perfil de liberação do recheio, reduzindo a quantidade liberada para todas as amostras secas

Microparticles obtained by complex coacervation were crosslinked with glutaraldehyde or with transglutaminase and dried using freeze drying or spray drying. Moist samples presented Encapsulation Efficiency (%EE) higher than 96%. The mean diameters ranged from 43.7 ± 3.4 to 96.4 ± 10.3 µm for moist samples, from 38.1 ± 5.36 to 65.2 ± 16.1 µm for dried samples, and from 62.5 ± 7.5 to 106.9 ± 26.1 µm for rehydrated microparticles. The integrity of the particles without crosslinking was maintained when freeze drying was used. After spray drying, only crosslinked samples were able to maintain the wall integrity. Microparticles had a round shape and in the case of dried samples rugged walls apparently without cracks were observed. Core distribution inside the particles was multinuclear and homogeneous and core release was evaluated using anhydrous ethanol. Moist particles crosslinked with glutaraldehyde at the concentration of 1.0 mM.g-1 protein (ptn), were more efficient with respect to the core retention compared to 0.1 mM.g-1 ptn or those crosslinked with transglutaminase (10 U.g-1 ptn). The drying processes had a strong influence on the core release profile reducing the amount released to all dry samples

O objetivo deste trabalho foi produzir e caracterizar partículas lipídicas (MpLs) que possam ser utilizadas como carreadores de altas quantidades de um recheio hidrofílico e avaliar a influência da quantidade de recheio sobre a performance das micropartículas. As MpLs foram produzidas por spray cooling a partir de misturas de ácidos graxos líquidos e sólidos (ácido esteárico e oléico) e gordura vegetal hidrogenada, contendo solução de glucose como recheio e lecitina de soja como surfactante. A performance das MpLs foi avaliada por meio da quantificação do recheio efetivamente encapsulado, da quantidade presente na superfície das MpLs e do perfil de liberação do recheio em meio aquoso. Observações morfológicas mostraram que as MpLs apresentaram forma esférica e superfície enrugada porém contínua, com um tamanho médio entre 25 e 32 µm. A quantidade efetivamente encapsulada foi superior a 78% para todas as formulações avaliadas. Maior quantidade de glucose superficial foi observada nas formulações em que soluções mais concentradas de glucose foram utilizadas, independente da relação lipídio-solução. Os resultados da liberação mostraram que a retenção do recheio foi significativamente influenciada pela concentração de glucose utilizada, enquanto a modulação da liberação foi influenciada pela relação lipídio:solução de glucose.

The objective of this research was to produce and characterize lipid particles (MpLs) that may be used as carriers of high amounts of hydrophilic core and evaluate the influence of the core amount on the performance of lipid microparticles. The MpLs were produced by spray cooling from solid and liquid lipid mixtures (stearic and oleic fatty acids and partly hydrogenated vegetable fat) containing glucose solution as core and soy lecithin as surfactant. The performance of MpLs was evaluated by means of the effective amount of encapsulated core, the core amount present on the surface of MpLs (superficial glucose) and the core release profile in aqueous solution. Morphological observations showed that MpLs presented spherical shape and a rugged and continuous surface, and an average diameter between 25 and 32 µm. The effective amount of encapsulated core was greater than 78% for all formulations evaluated. Larger amounts of superficial glucose were found in formulations in which more concentrated glucose solutions were used, regardless of the glucose lipid-solution ratio. The release results showed that core retention was significantly influenced by the glucose solution concentration, whereas release modulation was influenced by the glucose lipid-solution ratio.

Dentre os fatores que afetam a atividade da enzima transglutaminase, a temperatura de reação ou incubação é um fator determinante no grau de reticulação. Por outro lado, para a gelatina, tipicamente a rede estrutural polimérica é estabilizada por forças secundárias, sendo que a formação da matriz polimérica envolve um delicado balanço entre interações polímero-polímero e polímero-solvente, e este balanço é fortemente dependente do histórico térmico da solução. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da temperatura na reação de modificação enzimática em relação às propriedades funcionais dos filmes modificados à base de gelatina (propriedades mecânicas, de barreira ao vapor de água, solubilidade em água e parâmetros de cor dos filmes). Viscosidade aparente das soluções filmogênicas foram também avaliadas. Foram produzidos filmes denominados nativo (FN), modificado enzimaticamente (FME) e termicamente tratado (FC). De acordo com os resultados obtidos, observou-se que a temperatura de reação não afetou as propriedades mecânicas e a solubilidade dos diferentes filmes estudados. Por outro lado, filmes modificados enzimaticamente (FME) na temperatura de 50 °C apresentaram permeabilidade ao vapor de água significantemente inferior aos produzidos nas demais temperaturas e tratamentos (FN e FC). O tratamento térmico também provocou redução da permeabilidade ao vapor de água.

The activity of transglutaminase (one crosslinking enzyme) can be affected by the temperature of reaction. Gelatin matrix gel formation depends on the balance between polymer-polymer interactions and a polymer-solvent solution. This balance also depends on the amount and type of thermal treatment to the gelatin solution. The aim of this work is to evaluate the effect of the temperature on the crosslinking reaction using transglutaminase. Mechanical properties, water vapor permeability, water solubility and color/opacity of the films were evaluated. Viscosity of the solutions was also evaluated. Native film (FN), enzymatically modified film (FME) and thermal treated film (FC) were produced. According to the results, the temperature which was used did not significantly change the mechanical properties and the solubility of the films produced using different treatments. Enzymatically modified films at 50 °C showed the lowest water vapor permeability compared to the other temperatures and treatments (FN e FC). Thermal treatment also caused a reduction in the water vapor permeability.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a funcionalidade da oleoresina de páprica microencapsulada em goma-arábica e amido de arroz/gelatina, incorporada nos sistemas-modelo bolo e gel de gelatina. Avaliou-se a cor por meio de medida instrumental e aceitação sensorial por atributos de aparência e aceitação global. O pigmento encapsulado solubilizou-se, tingiu e se distribuiu uniformemente nos bolos, os quais apresentaram boa aceitação global. Nos géis, a goma apresentou desempenho superior ao amido/gelatina quanto à aparência, porém, todos os tratamentos obtiveram baixa aceitação global. A presença da oleoresina microencapsulada não interferiu negativamente no sabor, aroma ou textura dos sistemas analisados.

The objective of this work was to evaluate the functionality of microencapsulated paprika oleoresin in arabic gum and rice starch/gelatin incorporated into the model systems: cake and gelatin gel. The systems were evaluated by instrumental color and consumer test based on the appearance and global acceptance attributes. The encapsulated pigment successfully dyed the cakes as well as was uniformly distributed into the products, showing good sensory acceptance. In the gels, a superior performance was obtained when using arabic gum, however all treatments applied for gels showed low global sensory acceptance. The presence of microencapsulated paprika oleoresin had no negative effect on taste, flavor or texture of analyzed systems.

A páprica (Capsicum annuum L.) é um corante vermelho largamente empregado na indústria de alimentos. Entretanto, por ser à base de carotenóides este produto é suscetível à oxidação. Assim, o objetivo deste trabalho foi microencapsular oleoresina de páprica, avaliar a morfologia das microcápsulas, a distribuição e o tamanho das partículas e a solubilidade. Para tanto, foi utilizado o processo de microencapsulação por atomização e os agentes encapsulantes goma arábica e grânulos porosos de amido/gelatina. A avaliação morfológica, feita por microscopia eletrônica de varredura, mostrou que as microcápsulas elaboradas com goma arábica possuíam formato arredondado, com concavidades, sem poros ou rachaduras, paredes contínuas e o recheio estava distribuído em vacúolos nas paredes; já as produzidas com grânulos porosos de amido/gelatina apresentavam formato arredondado, paredes formadas pela aglomeração dos grânulos e coladas pela gelatina, entretanto, apresentavam poros ou interstícios. A distribuição do tamanho de partículas apresentou comportamento unimodal, com tamanho médio de 16 e 20,3µm para as microcápsulas produzidas com goma e amido/gelatina, respectivamente. Portanto, foi possível microencapsular oleoresina de páprica pelo método de atomização, com os dois agentes encapsulantes testados; a análise da morfologia deu indícios de que a oleoresina estaria mais protegida quando encapsulada em goma arábica; as temperaturas utilizadas na microencapsulação foram adequadas; as microcápsulas apresentaram tamanhos dentro da faixa obtida para este tipo de processo e excelente solubilidade.

Paprika (Capsicum annuum L.) is a bright red coloring product of large use by the food industry. Rich in carotenoids, paprika is susceptible to oxidative degradation. Considering these aspects, this research is aimed to microencapsulate paprika oleoresin and to evaluate morphological characteristics, distribution and average particle size and the solubility of microencapsulated paprika oleoresin. The microencapsulation was carried out by spray drying, in porous agglomerates of rice starch/gelatin and arabic gum. Scanning electron microscopy analysis showed, for arabic gum microcapsules, a cylindrical shape with a continuous wall with no apparent porosity or cracks and the core was distributed within the wall. The porous agglomerates of rice starch/gelatin microcapsules also presented a cylindrical shape; the walls were formed by the granules of rice starch, which was glued by gelatin; however the structure was shown to be porous. Both materials presented unimodal distribution, with an average particle size of 16 and 20.3µm for arabic gum and starch/gelatin microcapsules, respectively. In spite of that it is possible to microencapsulate paprika oleoresin with both materials using the spray drying process, the morphologycal analysis revealed that arabic gum seems to be a more effective barrier to the core material. Obtained results also show that the temperatures used in the microencapsulation were adequate, the size of the microcapsules were inside the range used by this kind of process and the solubility was excellent.

O objetivo deste trabalho foi a comparação do desempenho de sementes de brócolos e de salsa cobertas ou aderidas a filmes biodegradáveis de quitosana e gelatina. Inicialmente, determinou-se o número ótimo de camadas de cobertura e a espessura do filme, para não comprometer a germinação das sementes. O desempenho foi avaliado por meio da capacidade de germinação e do vigor, e pelas massas de material fresco e seco de plantas com cerca de 30 dias. Observou-se germinação inferior ao controle nas sementes inseridas às fitas. O recobrimento de sementes obteve bons resultados em termos de vigor e desenvolvimento das plantas. Pelos resultados indicados, verificou-se que o recobrimento de sementes, com coberturas biodegradáveis, pode ser promissor, devido à melhoria na germinação das sementes recobertas e também no desenvolvimento das plantas quando comparadas às sementes sem tratamento.

The objective of this work was to compare the performance of broccoli and parsley seeds coated or adhered to biodegradable films of gelatin and chitosan. Initially, the optimum number of coating layers and the thickness of the film were determined in order not to affect the germination of seeds. The performance was evaluated by germination capacity and vigor, and by fresh and dry weight of plants with 30 days. The seeds inserted into the films of gelatin and chitosan showed lower germination results than the control seeds. The coating of the seeds with gelatin and chitosan coatings of had good results in terms of vigor and development of plants. The results indicated that coating the seeds with biodegradable coatings can be promising due to the improvement of the germination of the coated seeds and the development of the plants when compared to the seeds with not treated.

Este trabalho avaliou a estabilidade de Bifidobacterium lactis (Bb-12) e de Lactobacillus acidophilus (La-05) nas formas livre e imobilizada em alginato de cálcio, em leite e leite acidificado (pHs 5.0, 4.4 e 3.8), e a estabilidade de B. lactis imobilizado em iogurte (fermentado até pH 4.2), durante 28 dias de estocagem refrigerada. Também foi estudada a eficiência de dois meios de cultura (ágar MRS modificado e Reinforced Clostridial Agar, acrescido de Prussian Blue) para enumerar B. lactis em iogurte. Ágar Lee foi usado para enumeração de Streptococcus thermophilus e Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus quando B. lactis era enumerado no meio MRS. Ambos os microrganismos, nas formas livre e imobilizada, apresentaram uma taxa de sobrevivência adequada nos leites acidificados, uma vez que houve redução de apenas um ciclo log, após 21 dias de estocagem refrigerada. O número de células viáveis de B. lactis imobilizado mostrou um declínio gradual durante o período de armazenamento do iogurte, passando de 10(8) ufc/ml até não ter mais contagem na diluição 10-1. Quando as culturas não estavam em equilíbrio, o meio MRS modificado foi mais eficiente para a contagem de B. lactis em iogurte. Em vista destes resultados pode-se concluir que ambos os microrganismos podem ser incorporados em leite e leite acidificados, haja visto que a redução na população foi pequena durante o período de armazenagem estudado. A presença da cultura tradicional de iogurte parece ter afetado negativamente a sobrevivência de B. lactis e a imobilização não proveu proteção às células, em nenhum dos tratamentos estudados.

This study evaluated the stability of Bifidobacterium lactis (Bb-12) and of Lactobacillus acidophilus (La-05) both free and immobilized in calcium alginate, in milk and in acidified milk (pH 5.0, 4.4 and 3.8). The stability of immobilized B. lactis in yoghurt (fermented to pH 4.2), during 28 days of refrigerated storage was also evaluated. The efficiency of two culture media (modified MRS agar and Reinforced Clostridial Agar plus Prussian Blue) for counting of B. lactis in yoghurt was determined. Lee's agar was used to count Streptococcus thermophilus and Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus when B. lactis were counted in the MRS medium. B. lactis and L. acidophilus in both free and immobilized forms presented satisfactory rates of survival in milk and acidified milk because the average reduction of the population was only one log cycle after 21 days of storage. The number of viable cells of immobilized B. lactis in yoghurt presented a gradual decline throughout the storage period, passing from 10(8) cfu/ml to no count after 28 days of storage. When the cultures were not in equilibrium just the selective medium was efficient in counting B. lactis in yoghurt. The results showed that both microorganisms can be added to milk and acidified milk, because their population was only slightly affected during storage. The presence of traditional culture of yoghurt seems to be harmful for survival of immobilized B. lactis and the immobilization in calcium alginate failed as an effective barrier to protect the cells in all analysed treatments.