Desenvolvimento e caracterização de carreadores lipídicos nanoestruturados para incorporação de beta-caroteno

Orientadores: Ana Paula Badan Ribeiro, António Augusto Vicente Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: Os carreadores lipídicos nanoestruturados (CLN) foram desenvolvidos como um sistema para a incorporação e entrega de compostos bioativos lipossolúveis, que devido à instabilidade química e baixa solubilidade em água, apresentam baixa biodisponibilidade. Compostos por lipídios que apresentam alto e baixo ponto de fusão, os CLN exibem várias vantagens potenciais que podem ser exploradas através da escolha dos materiais utilizados em sua composição. O objetivo deste trabalho foi obter CLN para incorporação de ?-caroteno a partir de matérias-primas lipídicas comumente utilizadas na indústria de óleos e gorduras. Com este propósito, o trabalho foi dividido em quatro etapas. A primeira etapa consistiu na otimização das condições de processo da homogeneização a alta pressão (HAP) e avaliação do desempenho de emulsificantes sintéticos e naturais para obtenção dos CLN. Os emulsificantes lecitina de soja modificada enzimaticamente (LS), monooleato de sorbitana etoxilado (Tween 80) e isolado proteico do soro de leite (WPI), e a pressão de 700 bar e 2 ciclos de homogeneização foram definidos como componentes de formulação e condições de processo, efetivos e otimizados, para a obtenção de CLN nas demais etapas do trabalho. A segunda etapa esteve relacionada à obtenção, caracterização e estudo de estabilidade de CLN a partir de diferentes sistemas lipídicos compostos por óleo de soja totalmente hidrogenado (OSTH) e óleo de girassol alto oleico (OGAO). Sistemas lipídicos compostos por OSTH:OGAO em diferentes proporções foram caracterizados em macroescala em termos de composição, propriedades físicas e de cristalização, e partir dessa avaliação definiu-se os sistemas 80:20, 60:40, 40:60 e 20:80 OSTH: OGAO (m/m), para obtenção dos CLN. Dentre os sistemas lipídicos considerados, o sistema 60:40 OSTH: OGAO (m/m) proporcionou a obtenção de nanopartículas estáveis e com características de cristalinidade adequadas para incorporação do composto bioativo lipofílico de interesse na etapa subsequente. A terceira etapa esteve direcionada à avaliação do potencial de CLN para a incorporação de compostos bioativos lipofílicos. Nesse sentido, os CLN, obtidos com três distintos emulsificantes (LS, Tween 80 e WPI), foram avaliados quanto à eficiência de encapsulação e capacidade de carga dos CLN, bem como a avaliação da estabilidade física, cristalina e polimórfica das nanoestruturas com incorporação de ?-caroteno. Os carreadores obtidos utilizando LS e Tween 80 apresentaram maior eficiência de incorporação de ?-caroteno, sendo assim selecionados para o estudo da digestibilidade in vitro na etapa subsequente. Na quarta etapa, foram realizados estudos relacionados à digestibilidade dinâmica in vitro, bioacessibilidade do composto bioativo incorporado e citotoxicidade de CLN e dos componentes utilizados em sua composição. Os CLN obtidos com Tween 80 apresentaram maior estabilidade durante a passagem pelo TGI e proporcionaram maior proteção e entrega do composto bioativo. A viabilidade celular, encontrada após os ensaios de citotoxicidade indicou que ambos os CLN não apresentaram efeito tóxico nas concentrações testadas (1- 25 ?g.ml-1). A utilização de OSTH e OGAO como matrizes lipídicas proporcionou a obtenção de CLN com elevada estabilidade cristalina, boa capacidade de carga e proteção do composto bioativo incorporado, biocompatíveis e com custo viável para aplicação em alimentos Abstract: Nanostructured lipid carriers (NLC) were developed as a system for entrapment and delivery of liposoluble bioactive compounds, which due to their chemical instability and low water solubility, have low bioavailability. Composed of lipids that have high and low melting points, CLN exhibit several potential advantages that can be exploited through the choice of materials used in their composition. Thus, the objective of this work was to obtain ?-carotene loaded NLC, through lipid matrices commonly used in the oil and fat industry. For this purpose, the work was divided into four stages. The first step consisted of optimizing the process conditions of high pressure homogenization (HPH) and evaluating the performance of synthetic and natural emulsifiers to obtain NLC. Enzymatically modified soy lecithin (SL), ethoxylated sorbitan monooleate (Tween 80) and whey protein isolate (WPI), the pressure of 700 bar and 2 homogenization cycles were defined as effective and optmized process conditions and components for obtaining NLC in subsequent stages of the work. The second stage was related to the obtainment, characterization, and stability study of NLC from different lipid systems composed of fully hydrogenated soybean oil (FHSO) and high oleic sunflower oil (HOSO. The lipid systems were characterized in macroscale in terms of composition, physical and crystallization properties, and from this, FHSO: HOSO (w/w) 80:20, 60:40, 40:60 and 20:80 lipid systems were defined to obtain NLC. Among the lipid systems considered, the 60:40 FHSO: HOSO (w/w) system provided the obtainment of stable particles with adequate crystallinity characteristics for entrapment of the lipophilic bioactive compound of interest. So, in the third step, the potential of NLC for entrapment of lipophilic bioactive compounds was evaluated. In this sense, ?-carotene loaded NLC obtained with three different emulsifiers (SL, Tween 80 and WPI), were evaluated for the encapsulation efficiency and loading capacity, as well as the evaluation of physical stability, crystalline and polymorphic stability. NLC obtained using SL and Tween 80, showed greater potential for of ?-carotene entrapment, being thus selected for the study of in vitro digestibility in the subsequent step. In the fourth step studies related to behavior of NLC during in vitro dynamic digestibility, ?-carotene bioaccessibility and cytotoxicity of NLC and the components used in its composition were carried out. The NLC obtained with Tween 80 showed greater stability during the passage through the TGI and provided greater protection and delivery of ?-carotene. The cell viability found after cytotoxicity assays indicated that both NLC do not present toxic effect at the tested concentrations (1- 25 ?g.ml-1). The use of FHSO and HOSO as lipid matrices provided the obtainment of NLC with high crystal stability, good load capacity and protection of the incorporated bioactive compound, which are biocompatible and presents a viable cost for application in foods Doutorado Tecnologia de Alimentos Doutora em Tecnologia de Alimentos FAPESP 2018/03172-0 CAPES 0