Microencapsulação Nutrientes

O emprego de novas tecnologias na utilização de nutrientes purificados tem recebido grande ênfase na última década. Arshady (1993) descreve a utilização de microcápsulas como uma alternativa a melhor utilização de nutrientes ou aditivos. Esta tecnologia hoje é bem conhecida e sua aplicação se dá principalmente no empacotamento de pequenas partículas de nutrientes na forma sólida ou líquida com cápsulas extremamente reduzidas formadas por finas coberturas poliméricas, formando partículas denominadas microcápsulas. Estas podem liberar seu conteúdo sob velocidade e condições específicas de acordo com o efeito desejado, representando uma solução para as várias limitações no emprego de ingredientes, suprimindo ou atenuando saboresindesejáveis. É empregada para reduzir a volatilidade e a reatividade de alguns nutrientes, aumentando a sua estabilidade principalmente em presença de luz, oxigênio e pH variáveis. Assim, pode-se afirmar que a microencapsulação é uma evolução em termos de nutrição, pois:

a) reduz a capacidade de reação do material encapsulado com o ambiente, diminuindo a velocidade de evaporação ou de perda do material encapsulado para o meio;

b) facilita a manipulação do encapsulado, promovendo a sua liberação de forma controlada;

c) mascara o sabor e odor desagradáveis;

d) possibilita a diluição homogênea do material encapsulado na formulação de dietas.

O mercado de aplicação desta tecnologia é principalmente o de nutrientes e aditivos adicionados aos alimentos, e incluem os tradicionais: aromas, vitaminas, minerais, e também outros mais recentes, como os óleos essenciais, microrganismos probióticos, peptídeos e diversas outras classes de substâncias com atividades específicas no organismo animal.

A microencapsulação possibilita além da liberação controlada de ingredientes e o ajuste fino de dosagens, representando uma fonte de ingredientes com propriedades únicas (Arimoto et al., 2004). O desenvolvimento de produtos contendo ingredientes ativos é delicado e exige uma grande precisão pois as matrizes alimentícias são normalmente muito mais complexas e têm como característica a ingestão via oral. Ainda, os ingredientes encapsulados por vezes devem resistir às condições físicas e químicas do trato gastrintestinal ou mesmo até possuir propriedades mucoadesivas (Ubbink e Krüger, 2006).

As cápsulas podem ser classificadas por tamanho em 3 categorias: macro (>5000 µm), micro- (0,2-5000 µm) e nanocápsulas (<0,2 µm).

Em termos de forma e construção as cápsulas podem ser divididas em dois grupos: aquelas nas quais o núcleo (encapsulado) é nitidamente concentrado na região central, circundado por um filme definido e contínuo do material de parede, é classificado como sistema do tipo reservatório, e caracteriza as "verdadeiras" microcápsulas; o segundo grupo é representado por microcápsulas nas quais o núcleo é uniformemente disperso em uma matriz também chamado de sistema matricial e resulta nas microesferas. A principal diferença entre as microcápsulas e as microesferas está no fato de que, nas microesferas, uma pequena fração do material "encapsulado" permanece exposto na superfície, o que não acontece na encapsulação verdadeira (Depypere, et al 2003; Constant, & Sstringheta,,2002).

Entretanto, o termo "encapsulação" é aceito para as duas formas, tanto a formação de microcápsulas quanto de microsferas. As microcápsulas podem ter ainda mais de um núcleo, ou várias paredes para um mesmo núcleo. Na Figura 1 são representados alguns dos principais modelos de microcápsulas.

Microencapsulação de nutrientes - Image 1

Figura 1- Tipos e formas de microcápsulas

(A) microesfera (B) microcápsula simples (C) microcápsula simples irregular (D) microcápsula de duas paredes (E) microcápsula com vários núcleos (F) agrupamento de microcápsulas (ARSHADY, 1993.)

Processos de microencapsulação

A seleção do método de microencapsulação a ser empregado está diretamente relacionado ao objetivo que se pretende. Assim, a microcápsula deverá ter as características físico-químicas, tanto do material encapsulado, quanto do agente encapsulante. Pode ter variações de tamanho desde alguns poucos nanômetros até vários micrômetros e do mecanismo de liberação da substância encapsulada. O material de revestimento deve ser capaz de formar um filme que tenha ligação como o material do núcleo (encapsulado), ser químicamente compatíveis e não reativo com este material apresentando as propriedades de revestimento desejadas tais como: força, impermeabilidade, flexibilidade, propriedades ópticas e estabilidade Com agentes encapsulantes são referidos por Jackson e Lee (1991) principalmente os lipídios (parafina, mono e di e triglicerídeos, óleos e gorduras) ; as proteínas (glúten, albumina caseína, gelatina ) e os carboidratos (amidos modificados, dextrinas, acetilcelulose, nitrocelulose); e outros.

Os métodos utilizados para microencapsulação, definição de forma e tamanho das microcápsulas são amplos e podem ser: físicos, químicos ou ainda físico químicos. A seleção do método a ser utilizado deve ter ligação direta com a finalidade a que se destina a microcápsula ( DZIEZAK 1988). Assim, fatores como o tipo de produtos utilizado bem como a sua espessura exercem um efeito direto no processo de liberação do encapsulado. A dissolução das microcápsulas sofre a ação de fatores como a variação de pH do trato digestório, presença de sais biliares, enzimas e gradiente de concentração do meio (DESAI, e PARK, 2005). O tamanho das microcápsulas pode variar de alguns poucos nanômetros até vários micrômetros; a forma também é bastante variável em função do método e do agente encapsulante utilizados para prepará-las. Existem várias técnicas que podem ser utilizadas (Ver tabela abaixo), entre elas são de uso comum a Atomização e spray drying, onde as cápsulas produzidas são geralmente do tipo matricial, com o núcleo distribuído na forma de micropartículas na matriz seca do material encapsulante (King , 1995) . Este processo de encapsulação é utilizado mais para aromas e óleos onde as partículas são lançadas no meio gasoso, tomam a forma esférica com a parte oleosa "empacotada" no interior da parte aquosa. Em contato com o ar aquecido, a água se evapora formando a membrana da cápsula. A principal vantagem da encapsulação por atomização é o pequeno tamanho das partículas que em geral tem menos do que 100 µm, o que torna o produto altamente solúvel (Wagner, 1995; Gibbs , 1999). Outro processo usual que entretanto tem como limitação o seu custo é a Coacervação, onde o material a ser encapsulado será adicionado à solução. O material do núcleo disperso na solução não deve reagir ou se dissolver em água (solubilidade máxima de 2%). O tamanho da partícula será definido por: parâmetro de dispersão, velocidade de agitação, tensão superficial e viscosidade. O tamanho da partícula será de 2μm - 1200μm. Apesar de muito eficiente, a coacervação é um processo de maior custo (Desay 2005) . Abaixo na tabela há uma lista dos principais métodos utilizados, encapsulante, núcleo encapsulado e tamanho da partícula.

Microencapsulação de nutrientes - Image 2

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A microencapsulação é frequentemente utilizada na indústria de alimentação animal. A gama de aplicações é extremamente ampla e a maioria dos aditivos, micronutrientes, acidulantes, enzimas, probióticos e outros são hoje microencapsulados. Abaixo são descritas algumas das aplicações mais comuns da Microencapsulação:

1. Ácidos orgânicos

Representa um dos grupos de aditivos mais utilizados principalmente nas dietas de aves e suínos. Produtos como o cítrico, fumárico e lático normalmente são revestidos para se evitar a sua dissociação já nas porções superiores do trato digestório. A microencapsulação em geral é realizada por processo de spray cooling, utilizando-se gomas, amidos ou gorduras de diferentes pontos de fusão como agentes encapsulantes (Nori, 1996).

2. Óleos Essenciais e Aromatizantes

São encapsulados com a finalidade de aumentar significativamente a sua vida útil diminuindo a oxidação e volatilização. A microencapsulação em geral é realizada por processo de atomizaçãoutilizando-se gorduras de diferentes pontos de fusão ou então produtos de maior estabilidade como o amido modificado ou a goma arábica que demonstraram excelente ação como agentes encapsulantes para o óleo essencial de canela, pimenta e orégano, timol e cardamomo ( KRISHNAN et al., 2005). A microencapsulação tem a vantagem de modificar a aparência dos óleos essenciais que comportam-se como um pó, sem contudo alterarem a sua estrutura e/ou propriedades. Evitam a volatilização em rações submetidas a peletização, ou extrusão, a processos em que se utiliza temperatura, pressão e vapor (BHANDARI et al., 2001;VAIDYA et al., 2006;).

3. Vitaminas, pigmentos naturais e carotenos

Wegmuller et al. (2006) revisaram a utilização do óleo de palma hidrogenado como encapsulante de vitaminas e mineiras. Constataram que as microcápsulas preservavam as características das vitaminas lipossolúveis, não se constatando inclusive processos oxidativos quando adicionados a uma mistura de sais minerais MADZIVA et al., (2005), encapsularam o ácido fólico, usando como encapsulante uma mistura de alginato e pectina, e referem um grande potencial protetor contra degradação, conferindo maior estabilidade a este. A microencapsulação de licopeno com goma arábica e maltodextrina foi o tratamento que proporcionou melhor estabilidade a este carotenóide fácilmente oxidável. A encapsulação de Omega 3 oriundo de óleo de peixe tem sido mais estável quando utiliza-se uma mistura de maltodextrina goma acácia, com matrizes amorfas contendo trealose e uma mistura de celulose e maltodextrina (WU et al., 2005) Entretanto, Kolanowski et al. (2004) não conseguiram aumento da estabilidade utilizando apenas celulose modificada com material encapsulante.

4. Enzimas

A microencapsulação de enzimas em geral é efetuada na forma de lipossomas, que são vesículas microscópicas formadas por uma ou mais camadas concêntricas de lipídios ou fosfolipídios. Esses lipídios tem a capacidade em encapsular materiais hidrofóbicos, hidrofílicos e anfifílicos que incluam macromoléculas bioativas. Recentemente, o uso de lipossomas têm sido o principal método na encapsulação ou imobilização de enzimas visando a proteção contra o meio ácido e a presença de pepsina. A encapsulação ou a imobilização de enzimas objetiva também aumentar a sua resistência aos processos comuns na indústria como o tratamento térmico, peletização e extrusão. De modo geral é visada a sua liberação controlada no intestino (GARCIA et al., 1989 ; HSIEH et al., 2002).

5. Microrganismos

Os microrganismos são imobilizados em microencápsulas para minimizar o efeito bactericida do suco gástrico e outros meios ácidos, para aumentar a estabilidade e manter a viabilidade da cultura durante estocagem do produto ou como a sua principal forma: os probióticos utilizados na manutenção da eubiose e produção de ácido lático e outros ácidos graxos voláteis propiciando fermentação desejável no trato digestório, promovendo a saúde e bem estar animal com diminuição da morbidade ambiental ( CHEN et al., 2006; OLIVEIRA et al., 2007).

Assim, a microencapsulação representa uma solução para as várias limitações no emprego de ingredientes, suprimindo ou atenuando fatores e saboresindesejáveis. É empregada para reduzir a volatilidade e a reatividade de alguns nutrientes, aumentando a sua estabilidade principalmente em presença de luz, oxigênio e pH variáveis. Pode-se afirmar que é uma evolução em termos de nutrição, constituindo em um avanço na manipulação dos micronutrientes promovendo a sua liberação de forma controlada, possibilitando a diluição homogênea e dispersão gradual por diferentes partes do trato digestório dos animais.

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