Microencapsulação de óleo essencial de laranja

Microencapsulation of orange essential oil

MICROENCAPSULAÇÃO DE ÓLEO ESSENCIAL DE LARANJA¹

Lucy C. ABURTO², Débora de Queiroz TAVARES³, Enny Therezinha MARTUCCI³

RESUMO

Microcápsulas contendo óleo de laranja foram obtidas utilizando secagem por atomização. Para a análise da influência dos componentes na retenção total de óleo, prepararam-se três formulações com concentrações diferentes de goma arábica e amido modificado, mantendo constante a concentração de maltodextrina (36%) e óleo (10%). As três fórmulas receberam três tratamentos térmicos (180°C, 200°C e 220°C), resultando na obtenção de nove produtos. As retenções de óleo superficial e interno das microcápsulas foram quantificadas e um estudo microscópico da estrutura das microcápsulas foi realizado. Os resultados demonstraram que a microestrutura das cápsulas eram similares e que as três temperaturas empregadas não alteraram a microencapsulação. A microscopia ótica revelou microcápsulas globosas, com diâmetros variáveis e superfícies irregulares. Ao microscópio eletrônico de varredura verificou-se que as faces das microcápsulas eram predominantemente rugosas, exibiam perfurações e quando quebradas demonstravam paredes porosas. A forma e os diâmetros das microcápsulas não dependeram do amido modificado, mas sua presença conferiu melhor retenção de óleo. A maior retenção de óleo, 94%, foi obtida com a fórmula contendo 10% de amido modificado, 36% de maltodextrina e 10% de óleo essencial de laranja, independente da temperatura de secagem.

Palavras-chave: Microencapsulação; óleo essencial de laranja; secagem por atomização; microestrutura de encapsulantes.

SUMMARY

MICROENCAPSULATION OF ORANGE ESSENTIAL OIL. It was done microencapsulation of natural essencial orange oil through spray-drying. The purpose was to use the best proportion of wall materials among maltodextrin, acacia gum, and modified starch (capsul) in order to retain greater amount of orange oil. The orange oil (10%) and maltodextrin (36%) remained constant. Three spray drying temperatures were employed: 180°C, 200°C and 220°C, therefore, nine final products were obtained. The superficial and inner oil concentrations were measured. The microcapsules were also examined through optical and scanning electron microscopy. The three temperatures employed did not affect the microencapsulation. The microstructure of the capsules were almost similar regardless the proportion employed among the carbohydrates to wall composition. At light microscopy it was observed a great heterogeneity of capsules diameters, and probably not smooth surfaces; at scanning electron microscopy it was clear that the walls displayed porosity over round surfaces. The best retention was given by the formula containing 10% of capsul, 10% of orange oil and 36% of maltodextrin, when total oil retention was 94%, regardless the drying temperature here employed.

Key words: Microencapsulation, orange essential oil, spray-drying, microstructure.

1 - INTRODUÇÃO

A indústria de aromas necessita novas tecnologias que protejam os óleos essenciais do meio ambiente devido à volatilidade e facilidade de oxidação na presença da luz, ar, umidade e temperaturas elevadas; atualmente para conferir esta proteção, usa-se a microencapsulação, entre outras técnicas. A microencapsulação de sólidos, líquidos ou gases em corpos que liberam gradualmente os elementos imobilizados é empregada sobretudo pelas indústrias farmacêuticas e químicas. Na indústria de alimentos a encapsulação tem vasta aplicação, e está exigindo novas pesquisas porque o mercado de produtos amplia-se com velocidade.

A microencapsulação de alimentos emprega formulações contendo o ingrediente a ser preservado em mistura com agentes encapsulantes dos mais variados: amido ou seus derivados, proteínas, gomas, lipídios, ou combinações entre estes agentes. A tecnologia de secagem é o segundo passo de escolha: secagem atomizada, extrusão, inclusão molecular, cocristalização e muitos outros conforme SHAHIDI & HAN (9).

As microcápsulas são formadas pelo envolvimento do material ativo ou núcleo com o material de parede ou encapsulante. As microcápsulas podem ter diâmetros variando entre unidades de micrometros até milímetros e apresentar diversas formas, dependendo dos materiais e métodos usados para sua obtenção. A microencapsulação de óleo essencial envolve as seguintes etapas: escolha de material de parede adequado ao óleo essencial a encapsular, preparo da emulsão, constituída pela solução do material de parede e do óleo e homogeneização da emulsão. Finalmente, a secagem da emulsão por atomização em secador formará glóbulos os quais podem conter bolhas internas e superfícies lisas ou rugosas; ALEXANDER & KING (2), SHAHIDI & HAN (9).

Tradicionalmente a goma arábica tem sido utilizada em microencapsulação porque apresenta baixa viscosidade em solução aquosa, favorece a estabilidade das emulsões, tem boa retenção de compostos voláteis (acima de 85%) e confere proteção efetiva contra a oxidação conforme afirmam REINECCIUS (6), ROSENBERG et al (7) e BHANDARI et al (3).

A maltodextrina é usada porque, além do baixo custo, apresenta baixa higroscopicidade, evitando a aglomeração das partículas; tem efeito antioxidante e mostra retenção de voláteis na faixa de 65 a 80%, segundo KENYON & ANDERSON (4), REINECCIUS (6) e SHAHIDI & HAN (9). O amido modificado é outro agente encapsulante muito usado pela excelente retenção de voláteis (acima de 93%), pela estabilização da emulsão e baixa viscosidade, KING et al (5).

O objetivo deste trabalho foi estudar o desempenho do material de parede, composto por goma arábica, maltodextrina e amido modificado no encapsulamento de óleo essencial de laranja, utilizando três temperaturas de secagem. Especial atenção foi dada a estrutura da microcápsula através do estudo microscópico dos produtos obtidos.

2 - MATERIAL E MÉTODOS

2.1 - Material

Para a elaboração das emulsões utilizou-se goma arábica, sob forma de gel solidificado, de cor creme, alta solubilidade e cerca de 20% de resíduos celulósicos. A maltodextrina empregada era Dextrose Equivalente igual a 20. O amido modificado (capsul^*), apresentava-se sob a forma de pó de coloração creme e teve solubilização lenta a 25°C e ótima a 82°C. O óleo essencial de laranja empregado apresentava cor castanha escura, índice de refração 1,474-1,484, densidade 0,872-0,882g/ml, índice de peróxido máximo 20, aldeído (C₁₀) 7-9% (índices do fornecedor). As fórmulas elaboradas estão apresentadas no Quadro 1.

2.2 - Métodos

2.2.1 - Preparo das emulsões

Cada componente foi dissolvido individualmente de acordo com os seguintes procedimentos: a maltodextrina foi dissolvida a temperatura ambiente e o capsul foi dissolvido a 82°C. A goma arábica após 24h de imersão em água deionizada, foi dissolvida entre 60 a 70°C, seguindo-se uma centrifugação desta solução por 30min para a separação dos resíduos celulósicos. Após a mistura, em temperatura ambiente dos componentes da formulação, foi feita a adição de óleo essencial e homogeneização das emulsões durante 20min, a 20.000rpm no homogeneizador Ultraturrax.

2.2.2 - Atomização das emulsões

O atomizador empregado (NYRO ATOMIZER) possuia disco atomizador centrífugo e capacidade para trinta litros. De acordo com as caracteristicas do aparelho secaram-se três bateladas de trinta litros cada, segundo a composição apresentada no Quadro 1. As temperaturas de secagem de ar de entrada foram 180°C, 200°C e 220°C para cada formulação (ROSENBERG et al (7) e SANKARIKUTTY et al (8)), mantendo constante a temperatura de 90°C para o ar de saída. Os nove produtos obtidos foram recolhidos na forma de pó e armazenados em recipientes escuros, herméticos e sob refrigeração.

2.2.3 - Densidade e Umidade dos Produtos

A densidade dos produtos foi determinada pelo cálculo de volume de tolueno deslocado pela massa da amostra utilizando-se um picnômetro (ABURTO (1)). Ocorreu pequena absorção de tolueno e formação de grumos e os resultados analisarão estes fatos. A umidade dos três produtos foi determinada em estufa com circulação de ar à temperatura de 105°C por 5 horas (AOAC).

2.2.4 - Retenção de óleo na Superfície e no Interior das Microcápsulas

A determinação do óleo retido na superfície das microcápsulas foi efetuada pela adição de 30 ml de hexano a 25 g de amostra, lavagem cuidadosa, filtração e secagem da amostra (105°C/5h), conforme SANKARIKUTTY et al (8) e TRUBIANO & LACOURSE (10).

Para a determinação do óleo retido no interior das microcápsulas utilizou-se o pó residual da determinação do óleo superficial descrito no parágrafo anterior. O pó, dissolvido em solução aquosa de ácido sulfúrico (1,5%), foi destilado, e o destilado recolhido em proveta contendo solução aquosa de ácido sulfúrico a 10%; o volume de óleo do interior das microcápsulas foi então medido, segundo SANKARIKUTTY et al (8).

2.2.5 - Estrutura das Microcápsulas

A estrutura, tamanho e porosidade das microcápsulas das 3 formulações foram estudadas primeiramente ao microscópio ótico (MO): pequenas quantidades de amostra foram pulverizadas sobre lâminas e recobertas com lamínulas. As fotomicrografias foram realizadas com filme branco e preto (100 ASA) e utilizou-se filtro verde para realçar o contraste. As três formulações foram também preparadas para observação ao microscópio eletrônico de varredura (MEV) conforme as seguintes etapas: as amostras permaneceram em dessecadores durante vários dias e a seguir foram metalizadas com ouro em alto vácuo (sputtering); no MEV, (aceleração de 10 kvolt), foram observadas e fotografadas sob ampliações de 500, 750 e 1500 vezes.

2.2.6 - Análise Estatística

Os dados da Tabela 1 foram analisadas estatisticamente quanto à significância (teste F), utilizando o Software SAS versão 6,08.

3 - RESULTADOS

As densidades das formulações apresentaram valores estatísticamente semelhantes (Tabela 1). O fato das relações líquido:sólido terem sido similares em todas as formulações contribuiu para a semelhança das densidades (Quadro 1).

A retenção de óleo foi estatisticamente superior para a formulação 3 nas temperaturas 180°C, 200°C e 220°C, com um valor médio de 94% de retenção total; na Tabela 1 verifica-se que, independentemente da temperatura, predominou nas formulações a retenção interna de óleo.

As micrografias obtidas em MO (Figura 1) demonstram que as cápsulas variaram em tamanho e que, as amostras agregaram-se electrostaticamente.

As micrografias obtidas em MEV (Figura 2) demonstram cápsulas globosas com superfícies rugosas. Eventual quebra de parede da cápsula demonstrou a presença de bolhas internas e paredes porosas (micrografias c e e).

A presença do capsul na formulação 1 e 3 (micrografias c e f) não promoveu diferença estrutural nas microcápsulas. Os diâmetros calculados através das micrografias efetuadas ao MEV demonstraram que, embora o diâmetro médio das partículas fosse 20 µm, a heterogeneidade de tamanho estendeu-se a partir de 2 µm até 40 µm de diâmetro.

4 - DISCUSSÃO

A superfície rugosa das paredes certamente foi devida ao resfriamento após o entumescimento com a saída de vapor de água, sendo independente do diâmetro.

As três temperaturas de ensaio estiveram na faixa de 180°C a 220°C por imposição deste modelo de atomizador empregado. ROSENBERG et al (7) para encapsular voláteis empregaram ar aquecido a 150°C com ar de saída a 90°C. BHANDARI et al (3) empregando um atomizador (Leaflash-100) para encapsular voláteis utilizaram temperaturas muito mais altas: 300°C a 400°C de entrada e 100-110°C de saída. O emprego de temperaturas elevadas causa melhor rendimento na retenção de voláteis segundo ROSENBERG et al (7), mas os mesmos autores advertem entretanto que elevação de temperatura e concentração de sólidos conduzem ao rompimento das microcápsulas.

A morfologia das microcápsulas obtidas e a regularidade das formas demonstraram que as condições de temperatura no presente trabalho foram adequadas e evidenciaram que é possível trabalhar neste intervalo de 180 a 220°C, visto que as microcápsulas demonstraram expansão adequada e ocorrência mínima de formas quebradas.

Os autores que precederam a este trabalho, BHANDARI et al (3) e KING et al (5), utilizaram menor número de substâncias encapsulantes; no presente trabalho, foi escolhido encapsular o óleo essencial de laranja com três substâncias pelas razões a seguir descritas.

O capsul tem capacidade para reter o encapsulado mais para o interior da microcápsula e possui ainda propriedade emulsificante.

A goma arábica, carboidrato de escolha usual para a encapsulação de voláteis por atomização, tem baixa viscosidade e por este motivo é usualmente empregada nas formulações (SHAHIDI & HAN, 9). Como a quantidade de sólidos para a atomização situa-se próximo a 35%, a baixa viscosidade da goma arábica permite adicionar maior quantidade desta em relação a outros componentes. REINECCIUS (6) analisando o desempenho de quatro tipos de carboidratos na encapsulação de voláteis sugeriu também a incorporação de maior quantidade de goma arábica.

TRUBIANO & LACOURSE (10), admitem que seja a proteção contra a oxidação o fator mais importante para a escolha das gomas destinadas à encapsulação dos óleos essenciais. A literatura vem relatando novas misturas de gomas que oferecem até um ano de vida de prateleira para a encapsulação de óleos essenciais de laranja (REINECCIUS, 6). Finalmente, a goma arábica é o fator essencial na alimentação do atomizador porque é a formadora da crosta inicial da gotícula no início do processo de secagem. A fração protéica, que as gomas contêm, pode ser responsável por sua capacidade de emulsificação.

O presente trabalho elegeu a maltodextrina porque é estável e segundo a revisão de SHAHIDI & HAN (9) pode oferecer anos de vida de prateleira sem oxidação.

BHANDARI et al (3) utilizaram 20% de carga de voláteis com uma relação de sólidos:voláteis de 4:1 e obteve 80% de retenção de citral e acetato de linalil. Esta proporção também utilizada por REINECCIUS, MARION & AUDRIN, segundo citação de BHANDARI et al (3), foi considerada ótima para formulações contendo goma arábica e outros derivados de carboidratos. O presente trabalho utilizando a proporção de 4:1 entre sólidos e óleo essencial de laranja (Tabela 1), conseguiu retenções superiores aos obtidos por SANKARIKUTTY et al (8).

Os resultados permitem concluir que: a retenção total do óleo essencial de laranja nos encapsulados foi melhor para as formulações 1 e 3, e assim também a retenção de óleo interna em relação à externa. A formulação 2 demonstrou menor desempenho devido a ausência do capsul, isto é, ocorreu menor retenção interna do óleo. A análise estatística da significância das variáveis colocadas na Tabela 1 demonstrou que a formulação 3 apresentou diferença significativa quanto a retenção de óleo, e pelos resultados pode-se afirmar que a formulação 3 é indicada para o objetivo de encapsular óleo essencial de laranja.

5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à técnica especializada Sra. Yara Fagnani Honório pelo auxílio na microscopia ótica e eletrônica de varredura.

² Doutoranda do Curso de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos da UNICAMP. C.P. 6121. CEP 13083-970, Campinas, SP, Brasil.

³ Professores da UNICAMP, Faculdade de Engenharia de Alimentos, C.P. 6121, CEP 13083-970, Campinas, SP, Brasil.

• (1) ABURTO, L.D. Microencapsulação de óleo essencial de laranja por atomização. Campinas, SP., 1995. [Dissertação de Mestrado-Faculdade de Engenharia de Alimentos (FEA/DEA) UNICAMP], pp.80.
• (2) ALEXANDER, K. & KING C.J. Factor governing surface morphology of spray-dried amorphous substances. Drying Technology, 3(3), p.321-348, 1985.
• (3) BHANDARI, B.R.; DUMOULIN, E.D.; RICHARD, H.M.J.; NOLEAU, I. & LEBERT, A.M. Flavor encapsulation by spray drying: application to citral and linalyl acetate. Journal of Food Science, 57(1), p.217-221, 1992.
• (4) KENYON, M.M. & ANDERSON, R.J. Maltodextrins and low-dextrose-equivalence with syrup solids. In: Flavor encapsulation (RISCH & REINECCIUS), 7-11, ACS Symposium series n^o 370, American Chemical Society, 1988.
• (5) KING, W.; TRUBIANO & P., PERRY, P. Modified starch encapsulating agents offer superior emulsification, film forming and low surface oil. Food Product Development, p.54-57, Dec. 1976.
• (6) REINECCIUS, G.A. Carbohydrates for flavor encapsulation. Food Technology, p. 144-146, March, 1991.
• (7) ROSENBERG, M.; KOPELMAN, I.J. & TALMON, Y. Factors affecting retention in spray-drying microencapsulation of volatile materials. J. Agric. Food Chem., 36, p. 1288-1294, 1990.
• (8) SANKARIKUTTY, B.; SREEKUMAR, M.M.; NARAYANAN, C.S & MATHEW, A.G. Studies on microencapsulation of cardamon oil by spray drying technique. J. Fd. Sci. Technol., 25(6), p. 352-356, 1988.
• (9) SHAHIDI, F. & HAN, X.Q. Encapsulation of Food Ingredients. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 33(6), p.501-547, 1993.
• (10) TRUBIANO, P.C. & LACOURSE, N.L. Emulsion-stabilizing starches: Use in flavor encapsulation. In: Flavor encapsulation (RISCH & REINECCIUS), ACS Symposium Series n^o 370, American Chemical Society, p.45-54, 1988.

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Recebido para publicação em 23/06/97. Aceito para publicação em 19/01/98.

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capsul é um amido modificado desenvolvido pela National Starch and Chemical Corporation dos EE.UU. A modificação consiste em acrescentar um componente lipofílico (succinato de octanil) o que nas formulações aumenta a capacidade e a estabilidade de emulsão.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  05 Out 2001
• Data do Fascículo
  Abr 1998

Histórico

• Recebido
  23 Jun 1997
• Aceito
  19 Jan 1998