Valorization of grape by-products through extraction and encapsulation of bioactive compounds

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Resumo

Atualmente existe uma tendência para a reutilização de subprodutos da indústria alimentar, com foco na extração de compostos bioativos e aplicação no desenvolvimento de novos ingredientes para nutrição humana e animal, cosméticos e nutracêuticos. A indústria vitivinícola não é exceção, pois gera anualmente até 7 milhões de toneladas de biomassa, desperdiçada na forma de bagaço de uva, descrito como sendo rico em compostos de alto valor, tais como polissacáridos neutros, proteínas estruturais e compostos fenólicos. O objetivo deste trabalho foi a valorização de um subproduto representativo da indústria vitivinícola, o bagaço de uva, através da produção de um extrato com elevado valor agregado para a indústria alimentar, a sua caracterização composicional e bioactiva, melhoria da biodisponibilidade através da libertação controlada no intestino e prova de conceito da sua aplicação numa bebida funcional. A otimização da produção do extrato de bagaço de uva (EBU) foi realizada com base na extração de xilo-oligossacáridos (XOS), utilizando métodos convencionais (extrações ácida e alcalina) ou enzimáticos. Os métodos convencionais recuperaram entre 21.8 a 74.6% e entre 5.2 a 96.3% do total de XOS, para o tratamento ácido e alcalino, respetivamente. Os métodos enzimáticos permitiram extrair até 88.7 ± 0.12% do total de XOS. Tendo em conta o rendimento de extração, a qualidade do extrato e o fato de tratar-se de um processo verde, selecionou-se o extrato produzido enzimaticamente com xilanases de A. niger (EBU) para a continuação deste estudo. O EBU foi caracterizado em termos da sua composição química e bioatividades, e submetido à simulação da digestão gastrointestinal para compreender como essas propriedades são afetadas pelo trato gastrointestinal. O EBU apresentou elevado teor de fibra (26.1 ± 1.59 g.100g-1) e outros hidratos de carbono, incluindo XOS, minerais e polifenóis. O uso de 2% (m/v) de EBU provou ser uma potencial fonte de carbono, podendo ser fermentada por diferentes espécies de probióticos, mesmo após a digestão, confirmando o seu potencial prébiótico. O EBU também apresentou elevada atividade antioxidante e antimicrobiana contra diferentes microrganismos patogénicos. A simulação in vitro da digestão permitiu concluir que os XOS foram resistentes às condições gástricas, ao contrário dos compostos fenólicos, que foram determinantes para a sua atividade antioxidante e antimicrobiana. Dessa forma, a fim de melhorar a sua biodisponibilidade, o EBU foi encapsulado em micropartículas (MPs) de quitosano ou alginato. O impacto da digestão gastrointestinal simulada sobre as propriedades biológicas e acessibilidade dos compostos core foi avaliado, bem como a permeabilidade de fenólicos e XOS através da co-cultura de células Caco-2/ HT29-MTX. Além disso, o quitosano foi modificado com uma sonda fluorescente para estudos de uptake celular. As MPs de alginato apresentaram uma dimensão de 523 nm, polidispersão de 0.112, potencial zeta de 15.0 mV e eficiência de associação de polifenóis de 68%. As MPs de quitosano apresentaram dimensão de 853 nm, polidispersão de 0.358, potencial zeta de 14.9 mV e eficiência de associação de polifenóis de 65%. Ambos os sistemas permitiram a libertação do EBU no intestino, aumentando a biodisponibilidade dos compostos fenólicos, bem como as atividades antioxidante e antimicrobiana. A permeabilidade das células intestinais dos XOS diminuiu de 45% para 7.9 e 15.7%, após a encapsulação em MPs de alginato ou quitosano, respetivamente. A modificação de MPs de quitosano com Cyanine 5.5 para ensaios de uptake celular não afetou a biocompatibilidade das MPs com EBU em relação às células intestinais e a análise de microscopia confocal confirmou a integridade das tight junctions após a internalização das MPs. Como prova de conceito, foi desenvolvida uma bebida funcional à base de água de côco com o EBU encapsulado. A estabilidade química foi avaliada em duas condições de armazenamento, liofilizado à temperatura ambiente ou em estado líquido a 4 ºC, ao longo de 60 dias. O armazenamento à temperatura ambiente acelerou a taxa de degradação de fenólicos e antocianinas, comparando com o armazenamento a 4 ºC. Os potenciais antimicrobiano e prebiótico, após digestão da bebida, também foram testados, verificando-se uma redução no crescimento dos diferentes patogénicos e promoção no desenvolvimento das bifidobacterias e lactobacilos. A análise sensorial permitiu concluir que a incorporação das MPs não promoveu diferenças significativas na maioria dos atributos avaliados, relativamente à água de côco. Os resultados deste trabalho poderão contribuir para a sustentabilidade da indústria vitivinícola num contexto de economia circular, através do desenvolvimento de ingredientes de alto valor agregado com impacto positivo na saúde humana.
Idioma originalEnglish
QualificaçãoDoctor of Philosophy
Instituição de premiação
  • Universidade Católica Portuguesa
Supervisores/Consultores
  • Pintado, Maria Manuela, Supervisor
  • Castro, Lorenzo Miguel Pastrana, Supervisor, Pessoa externa
  • Cabral, Lourdes Maria Corrêa, Supervisor, Pessoa externa
Data do prémio19 mai 2020
Estado da publicaçãoPublicado - 17 mai 2020

Keywords

  • Bagaço de uva
  • Enzimas
  • Biodisponibilidade
  • Encapsulação

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