Zinco Comum Microencapsulado

O emprego de novas tecnologias na utilização de nutrientes purificados, tem recebido grande ênfase nos últimos anos. A microencapsulação, hoje é bem conhecida e sua aplicação se dá principalmente no empacotamento de pequenas partículas de nutrientes ou aditivos com finas camadas de um polímero, formando partículas denominadas microcápsulas (Arshady 1993). Estas podem liberar seu conteúdo sob velocidade e condições específicas, de acordo com o objetivo desejado, representando uma solução para as várias limitações no emprego de ingredientes, suprimindo ou atenuando particularidades indesejáveis.

O uso do óxido de zinco (ZnO) é difundido como prática normal em granjas comerciais, nestas os leitões são desmamados geralmente em 20 a 24 dias de idade procurando-se maximizar o número de leitegadas/ fêmea/ ano. No entanto, os leitões nessa idade estão particularmente vulneráveis a transtornos gastrintestinais, com a imunidade passiva via leite baixa,  e o GALT (Gut-Associated Lymphoid Tissue ) ainda incipiente, e com seu desenvolvimento praticamente iniciando-se nesta fase.  Além disso, o  desmame é um momento de estresse extremo devido a mudança na  dieta, mudança de ambiente e a mistura com outros leitões desconhecidos (Pluske et al., 1997). Como consequência, a diarréia pós-desmame, causada por microorganismos  tais como a E. coli  enterotoxigênicas (ETEC) representa um grande desafio ao desmame, e em geral estão  associadas com o aumento nas taxas de morbidade e mortalidade (Hampson et al., 2001). Numerosos estudos têm demostrado que a  inclusão de  ZnO tem efeitos sobre o aumento da expressão gênica de peptídeos antimicrobianos no  intestino delgado, com efeitos positivos na estabilidade e na diversidade da microbiota, e redução na secreção de eletrólitos a partir  enterócitos.Esta associação de eventos resulta em uma ação bactericida (Pluske et al, 2007; Zhang e Guo, 2009). No entanto, o elevado nível de Zn excretados nas fezes é atualmente uma preocupação ambiental, e altos níveis de ZnO na comunidade  européia  só podem ser usados com prescrição veterinária. 

O Zinco, na forma de ZnO simples e não encapsulado, no estomago reage com o acido clorídrico gástrico  e forma cloreto de zinco  (ZnO + 2 HCl -> ZnCl2 + H20). Entretanto ao chegar no intestino pode liberar os ions cloro e formar um precipitado insolúvel de zinco (ZnCl2 -> Zn2+ + 2 Cl-) conhecido como  leite de zinco insolúvel e não absorvível .Este fato pode ser visto sob dois aspectos : a) provoca uma deficiencia de zinco ; b)  justifica em parte, porque os níveis altos ( 3000 ppm ) de zinco não são absorvidos (Moran,2007)                         

Estudos com Zn inorgânico protegido e microencapsulado, contendo apenas 100g de ZnO/kg de produto pronto, tem mostrado resultados iguais ou até superiores àqueles do oxido de zinco simples. O Zincos microencasulado éo projetado para  fornecer  íons (Zn + +) na fração ideal do trato gastrointestinal obtendo-se a máxima eficiência no controle e tratamento das Diarréias pós desmama (PCD). A matriz lipídica que constitui a cápsula que envolve o Zn impede a alteração da absorção ou química de ZnO no estômago,  permitindo-lhe entrar no intestino superior, onde a camada lipídica é transformada em quiilomicrons pelos sais biliares e digerido pelas lipases pancreáticas e intestinais.  Isso libera o óxido de zinco na área crítica do trato intestinal com um controle similar das PCD ao de ZnO, e em alguns casos uma melhora na conversão alimentar (CA). Outro efeito que deixa de existir é a rejeição de ingestão de alimento pela inclusão de alta níveis de ZnO (Case et al2002; Broom et al 2006;Herdman et al 2006). Entretanto, tem sido dada maior enfase a diminuição dos teores de zinco nas fezes,  fato comum ao se usar o ZnO, e como tal tem o potencial para ser um poluente ambiental (Moran,2007). 

Figura 1. Efeito da suplementação de ZnO e Zn miciroencapsulado em percentagem do dias com diarréia durante os 14 dias após o desmame (Kim etal 2010) 

Kim et al (2010) em amplo estudo,  demostraram claramente que a suplementação de 100 ppm de ZnO microencapsulado foi tão eficaz como a suplementação de 3000 ppm de ZnO, na supressão das diarréias pós desmame nas primeiras 2 semanas de vida. Além disso, a suplementação de 100 ppm ZnO microencapsulado, reduziu significativamente a concentração plasmática de zinco e os níveis de excreção fecal de zinco. Portanto, a utilização do zinco microencapsulado, parece ser  uma boa alternativa ao tratmento de diarreía pos desmame (PCD).

É uma tecnologia empregada na fabricação de alguns nutrientes e aditivos. E está sendo praticado nos últimos anos, na fabricação de ração. Trata-se do empacotamento de partículas de nutrientes ou aditivos (núcleo) com uma camada de revestimento (encapsulante), formando microcápsulas ou microesferas. Representa uma evolução e traz uma série de vantagens a indústria de rações:

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; promove a sua liberação de forma controlada no trato digestório;

c)        mascara o  sabor  e odor  desagradáveis;

d)       Possibilita a  diluição homogênea do material encapsulado na formulação e mistura.

 

A sua aplicação é principalmente no mercado de nutrientes e aditivos acrescidos aos alimentos, tais como: vitaminas, minerais, aminoácidos e também outros mais recentes como os óleos essenciais, microrganismos probióticos, peptídeos e diversas classes de substâncias com atividades específicas no organismo animal.

A microencapsulação possibilita além da liberação controlada de ingredientes, o ajuste fino de dosagens, representando  uma ferramenta com propriedades únicas (Arimoto et al., 2004). Atualmente as matrizes nutricionais são complexas, e tem como característica uma gama imensa de ingredientes e aditivos purificados. Esses ingredientes por vezes devem resistir às condições físicas e químicas do trato gastrintestinal, possuir propriedades mucoadesivas, digestão controlada, e ainda resistirem ao processamento industrial como peletização, e extrusão (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 é concentrado na região central, circundado por um filme definido, contínuo e específico que caracteriza as "verdadeiras" microcápsulas; e um segundo grupo, representado por aquelas nas quais o núcleo é uniformemente disperso em uma matriz, e resulta nas microesferas (Depypere, et al 2003; Constant, & Sstringheta,,2002). Entretanto, o termo "encapsulação" é aceito para as duas formas, tanto para as microcápsulas quanto para as 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.

A seleção do método de microencapsulação a ser empregado,  está  diretamente relacionado ao objetivo que se pretende. Como agentes encapsulantes Jackson e  Lee (1991) referem : 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. 

 A dissolução das microcapsulas no trato digestório,  sofre a ação de fatores como as variação de pH, presença de sais biliares, enzimas e   gradiente de concentração do meio  (Desai e  Park, 2005). Existem várias técnicas que podem ser utilizadas, dentre 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. 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).

b)     Outro processo usual que entretanto tem como limitação o seu custo é a  Coacervação onde o material a ser encapsulado será adicionado a uma solução.  O material do núcleo é  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) .

A gama de aplicações é extremamente ampla, e a maioria são: aditivos, micronutrientes, acidulantes , enzimas, probióticos e outros.  Abaixo são descritos algumas das aplicações mais comuns:

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

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 atomização, utiliza-se gorduras de diferentes pontos de fusão ou então produtos de maior estabilidade como o amido modificado ou a goma arábica, que demonstram 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, processos em que se utiliza temperatura, pressão e vapor. (BHANDARI et al., 2001;VAIDYA et al., 2006;).

Wegmuller et al. (2006) revisaram a utilização do óleo de palma hidrogenado como encapsulante de vitaminas e minerais. 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 relatam que existe  um grande potencial protetor contra degradação, conferindo maior estabilidade a esta vitamina. A microencapsulação de licopeno com goma arábica e maltodextrina foi o tratamento que proporcionou melhor estabilidade a este carotenóide, fácilmente à oxidável.

A encapsulação de Omega 3 oriundo de óleo de peixe  de óleo de peixe, tem sido  estável quando utiliza-se uma mistura de maltodextrina  e goma acácia, (WU et al., 2005). Kolanowski et al. (2004), não conseguiram aumento da estabilidade utilizando apenas celulose modificada com material encapsulante.

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. Estes tem a capacidade em encapsular materiais hidrofóbicos, hidrofílicos 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 industria, como o tratamento térmico, peletização e extrusão. De modo geral, é visada a sua a liberação controlada no intestino (GARCIA et al., 1989 ; HSIEH et al., 2002).

Os microrganismos são  imobilizados em microencapsulas   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, preservando as suas principais funções: manutenção da eubiose, 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)

A microencapsulação é uma nova alternativa na indústria de rações. Uma das razões que tem dificultado o seu uso,  é o fator custo,  pois a industria trabalha com margens de lucro relativamente baixas, e a necessidade de redução dos custos de produção talvez a sua prioridade numero um.  Entretanto, com base nos resultados de inúmeras pesquisas, as técnicas de microencapsulação tem se mostrado ideal para a inclusão de quantidades mínimas de nutrientes e aditivos . Tem como vantagem a facilidade de atingir alvos específicos ou porções determinadas do TGI com mais facilidade. A necessidade de mascarar sabores desagradáveis principalmente para leitões é outra aplicação importante. Ainda, protege adtivos e nutrientes da ação do pH, dos processos oxidativos aumentando o seu tempo de armazenagem. Garante a estabilidade e qualidade das rações e premisturas, aumenta a sua vida útil sem alterações nutricionais.

 Desta forma a microencapsulação tem alto potencial para expansão em um futuro onde o mercado exiga produtos de alto valor agregado e ou com maior qualidade.