Complexo de inclusão Curcumina-ß-Ciclodextrina : estabilidade, solubilidade e caracterização por FT-IR, FT-Raman, difração de raios-X e espectroscopia fotoacústica

Abstract

Resumo: A indústria alimentícia utiliza usualmente corantes artificiais para manutenção da cor original no produto processado e armazenado, pois a cor é um atributo que influencia de forma decisiva a preferência do consumidor ao adquirir o alimento. A opinião pública é muito sensível ao emprego de aditivos artificiais, demonstrando preferência pelos corantes naturais, devido às suas características nutricionais e de saúde. Porém, os corantes naturais, na grande maioria, são sensíveis ao pH, aquecimento, luz solar, oxigênio e pouco solúveis em água. Uma das possibilidades de estabilização destes corantes é a formação de complexos de inclusão com as ciclodextrinas (CDs). As CDs são maltooligossacarídeos cíclicos contendo seis, sete ou oito unidades de glucose unidas por ligações glicosídicas a-(1,4), chamadas a-, ß- e ?-CD, respectivamente. São obtidas a partir do amido pela ação da enzima ciclodextrina glicosil-transferase (CGTase). O objetivo deste trabalho foi complexar a curcumina, um corante natural utilizado em alimentos e preparações farmacêuticas, com a ß-CD por diferentes métodos para melhorar sua estabilidade a fatores ambientais desfavoráveis e facilitar sua aplicação em alimentos. Várias técnicas foram utilizadas visando à caracterização dos possíveis complexos formados. Os complexos de inclusão entre a curcumina e a ß-CD foram preparados por métodos de co-precipitação, liofilização e evaporação do solvente. Todos foram caracterizados pelas técnicas de espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR), espectroscopia de infravermelho de espalhamento Raman por transformada de Fourier (FT-Raman) e espectroscopia fotoacústica. A técnica de difração de raios-X (DRX) foi utilizada para caracterizar apenas o complexo preparado por co-precipitação. A eficiência da complexação e solubilidade de todos os complexos foram avaliadas. O complexo preparado por co-precipitação foi utilizado para os testes de estabilidade à luz, pH, armazenamento e aquecimento. O ensaio de aplicação em alimentos foi realizado em sorvetes de creme e testes sensoriais e colorimétricos foram empregados na avaliação dos produtos elaborados com o possível complexo e com o corante puro. As técnicas de caracterização mostraram bons indícios de formação de complexo de inclusão curcumina-ß-CD, principalmente para o complexo preparado por co-precipitação. Nas técnicas de FT-IR e FT-Raman, relevantes deslocamentos dos picos referentes aos anéis aromáticos da curcumina ocorreram, especialmente no lado enólico da molécula, mostrando que um ou ambos os seus anéis foram incluídos na cavidade da ß-CD. Na técnica de espectroscopia fotoacústica, a deconvolução gaussiana permitiu observar o desaparecimento da banda referente ao anel aromático da curcumina com os grupos éter e hidroxila nos espectros de absorção ótica de todos os complexos preparados, evidenciando a inclusão dos anéis da curcumina na cavidade da ß-CD. A técnica de DRX também mostrou resultados de confirmação favoráveis para o possível complexo preparado por co-precipitação. A metodologia de co-precipitação proporcionou um aumento de solubilidade de 31 vezes para o complexo curcumina-ß-CD em relação ao corante puro e, também, uma eficiência da complexação de 74%, que foi superior às demais metodologias avaliadas. Portanto, para os demais ensaios de estabilidade e aplicação em alimentos, foi utilizado o complexo preparado por co-precipitação.As análises de estabilidade mostraram que a inclusão da curcumina na ß-CD protegeu a molécula quando exposta a todos os fatores ambientais desfavoráveis. Quando exposto à luz solar o complexo proporcionou uma melhora de 18% na estabilidade do corante. Melhoras também ocorreram com a exposição à variações de pH, bem como quando submetido ao armazenamento a -15 e 4 °C. Quando submetido ao aquecimento isotérmico, especialmente a 100 e 150 °C, o corante complexado mostrou retenção da cor de aproximadamente 99%. A aplicação do complexo curcumina-ß-CD nos sorvetes de creme provocou grande intensificação de cor nos produtos, pois foram obtidos valores superiores para os parâmetros colorimétricos b* e croma, que são referentes à coloração amarela e sua saturação. As formulações contendo corante puro e o complexo curcumina-ß-CD obtiveram ótima aceitação sensorial, contudo na formulação contendo o complexo curcumina-ß-CD a quantidade de curcumina utilizada foi 83% menor que a formulaçãocom corante puro. Os resultados de caracterização obtidos por FT-IR, FT-Raman e os de eficiência da complexação e solubilidade, indicaram que a co-precipitação foi o melhor método para complexação. O complexo preparado por co-precipitação obteve resultados de confirmação favoráveis também pelas técnicas de espectroscopia fotoacústica e DRX. Quando usado para análises de estabilidade, este complexo provou que a inclusão da curcumina na ß-CD protegeu a molécula quando exposta à luz solar, variações de pH, armazenamento e aquecimento. Quando aplicado em sorvetes de creme o complexo apontou maior facilidade de preparação do produto em relação ao emprego do corante puro, devido a sua melhor dispersão na mistura. Sua aplicação resultou numa intensificação da cor amarela do produto. Uma ótima aceitação pelos provadores, tanto do sorvete com complexo quanto aquele com corante puro, foi constatada, contudo, considerando que a quantidade de curcumina utilizada na formulação contendo o complexo foi 83% menor que a formulação com corante puro, a utilização do complexo resulta numa possível economia e consequente viabilização da sua utilização na indústria de alimentos

Abstract: The food industry often uses artificial colourants to maintain the original colour of processed and stored products, because colour is an attribute that decisively influences the preference of the consumer to buy any food. Public opinion is very sensitive to the use of artificial additives, showing preferences for natural colourants, due to their health and nutritional characteristics. However, most natural dyes are sensitive to pH, heating, sunlight, oxygen and are low water soluble. One of the possibilities to stabilise these colourants is the inclusion complex formation with cyclodextrins (CDs). CDs are cyclic maltooligosaccharides having six, seven or eight glucose units linked by a-(1,4)-glucosidic bonds, named a-, ß- and ?-CD, respectively. They are obtained from starch via the action of the enzyme cyclodextrin glycosyl transferase (CGTase). AIMS. The aim of this work was to form inclusion complexes of curcumin, a natural colourant used in food and pharmaceutical preparations, with ß-CD using different methodologies to enhance its stability against unfavorable environmental factors and to facilitate its food application. Various techniques were used aiming the characterization of the possible complexes formed. The inclusion complexes between curcumin and ß-CD were prepared using the co-precipitation, freeze-drying and solvent evaporation methods. All the complexes were characterised using the Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), Fourier transform Raman scattering infrared spectroscopy (FTRaman) and photoacoustic spectroscopy techniques. The X-ray diffraction (XRD) technique was used only to characterise the complex formed using the co-precipitation method. The complexation efficiency and solubility of all complexes were evaluated. The complex prepared by co-precipitation was used to assess stability against light, pH, storage and isothermal heating. The food application assay was made in vanilla ice creams and sensory and colourimetric tests were employed in the evaluation of the products usung the possible complex formed and the pure colourant. The characterisation techniques exhibited good evidence of curcumin-ß-CD complex formation, mainly to the complex prepared using co-precipitation methodology. In the FT-IR and FT-Raman techniques, relevant shifts occurred in the peaks assigned to the aromatic rings of curcumin, especially on the enolic side of the molecule, indicating that one or both rings of the molecule were included in the ß-CD cavity. In the photoacoustic spectroscopy technique, the Gausssian deconvolution enabled the evidenciation of the disappearance of the band assigned to the aromatic rings of curcumin with their ether and hydroxyl groups in the optical absorption spectra of all complexes prepared, showing the inclusion of the curcumin rings in ß-CD cavity. XRD technique also indicated favorable confirming results for the possible complex prepared using co-precipitation. The co-precipitation method also produced an increase in solubility of 31-fold for the curcumin-ß-CD complex compared with the pure colourant, and a complexation efficiency of 74%, that was higher than the other methodologies evaluated. Therefore, in the assays of stability and food application, the complex prepared using co-precipitation was used. The stability assays exhibited that the inclusion of curcumin in ß-CD protected the molecule against all unfavorable environmental factors. When exposed to sunlight, the complex provided an improvement of 18% in the stability of the colourant. Some.improvements also occurred with the exposition to pH variations and after storage at -15 and 4 °C. When submitted to an isothermal heating, especially at 100 and 150 °C, thecomplexed colourant exhibited colour retention of approximately 99%. The application of the curcumin-ß-CD complex in vanilla ice creams produced an intensification of the colour in the products, because there were obtained higher values for the colourimetric parameters b* and chroma, that are referred to yellow colour and saturation. The formulations containing the pure colourant and the curcumin- ß-CD complex obtained great sensory acceptance. However, in the formulation that contained the curcumin-ß-CD complex, a colourant quantity of 83% less than the pure colourant quantity was used. The characterisation results obtained using FT-IR and FT-Raman, and the results of complexation efficiency and solubility indicated that co-precipitation was the best method for complexation. The curcumin-ß-CD complex using coprecipitation had favorable confirming results also using photoacoustic spectroscopy and XRD techniques. When it was used in stability assays, this complex showed that the inclusion of curcumin in ß-CD protected the molecule against sunlight, pH variations, storage and isothermal heating. When applied in vanilla ice creams, the complex exhibited facilities in the preparation of the product comparing with the pure colourant, due to its better dispersion in the mixture. Its application led to an intensification of the yellow colour of the product. A great sensory acceptance by the panelists, for both ice creams prepared with the pure or the complexed curcumin, was observed. However, considering that the quantity of curcumin used in the formulation containing the complex was 83% lower than the formulation containing the pure colourant, the use of the complex results in potential savings and in a consequent viability of its use in food industry