Estudo da influência de diferentes processamentos em produtos vegetais e suas características físico-químicas para o desenvolvimento de ingredientes funcionais

Abstract

RESUMO: A influência de diferentes processamentos em produtos vegetais busca entender como essas técnicas impactam suas características físico-químicas, como textura, composição nutricional e capacidade antioxidante. Isso é crucial para o desenvolvimento de ingredientes funcionais que beneficiem a saúde, além de aumentar a vida útil dos alimentos e possibilitar a substituição de ingredientes utilizados na indústria. Além disso, a otimização dos processos agrega valor aos vegetais, tornando-os mais atrativos para a indústria alimentícia e os consumidores. Artigo 1: A jurubeba (Solanum paniculatum L) é uma planta alimentícia não convencional (PANC). No Brasil, as PANCs ocupam áreas de vegetação nativa principalmente em comunidades, pequenos agricultores familiares, onde cultivam ou coletam uma grande diversidade de espécies. O uso dessas espécies envolve não somente a escolha de um alimento saudável, mas está relacionado ao reconhecimento cultural, sustentável, ambiental e ao valor histórico dos alimentos regionais. O fruto pertence à família Solanaceae, nativa do Brasil, e ocorre em outras regiões tropicais da América do Sul, como Paraguai, Bolívia e Argentina. A composição lipídica desses vegetais é de extrema importância, podendo favorecer a saúde humana. O principal componente da fração glicerídica dos vegetais são os triglicerídeos, eles são constituídos por ácidos graxos saturados e insaturados sendo poliinsaturados e monoinsaturados. Destacam-se os ácidos graxos estritamente essenciais, como o ácido ?-linolênico da família ômega-3 e o ácido linoleico da família ômega-6, precursores dos ácidos graxos essenciais eicosapentaenóico (EPA), docosahexaenóico (DHA) e araquidônico (AA) responsáveis pelo desenvolvimento e manutenção do sistema nervoso e visual. Os frutos da jurubeba são consumidos principalmente cozidos ou em forma de conservas após aplicação de tratamento térmico adequado. O tratamento térmico é a principal causa de alterações no teor de antioxidantes naturais nos alimentos. Dentre os tratamentos térmicos que podem ser aplicados está a secagem, oferecendo vantagens como aumento do prazo de validade, da concentração de nutrientes, redução de perdas pós-colheita, facilidade de transporte e comercialização. Outro tratamento é a torrefação, operação de remoção de água que está associada a alterações químicas na composição de carboidratos, lipídios, proteínas e na concentração de minerais, utilizando altas temperaturas, conhecida como reação de pirólise. Os autores desconhecem estudos nos quais foi avaliada a influência de tratamentos térmicos na jurubeba, avaliando seu perfil lipídico e capacidade antioxidante in vitro. Artigo 2: As Agências Reguladoras de Saúde passaram a recomendar a redução ou exclusão do consumo de gorduras trans e saturadas devido aos seus efeitos nocivos à saúde, relação entre os ácidos graxos trans e o aumento dos fatores de risco para doenças cardiovasculares, câncer e diabetes. Em 2019, a Agência Nacional de Vigilância Sanitária do Brasil publicou a Resolução nº 332 estabelecendo a proibição da produção e uso de óleos e gorduras parcialmente hidrogenados a partir de 2023. Neste contexto, a investigação sobre o efeito dos agentes na estrutura dos lipídios tem crescido significativamente, demonstrando o potencial da tecnologia dos organogéis. Os organogéis são materiais viscoelásticos formados por agentes estruturantes que criam uma fase semi-sólida, na qual a fase orgânica líquida é imobilizada por uma rede tridimensional interconectada. Os componentes estruturantes podem ser macromoléculas ou compostos de baixo peso molecular como os ácidos graxos, misturas de monoestearato de sorbitano, lecitina e ceras. Os estrurantes usados no presente estudo são: O Span 60, um tensoativo hidrofóbico não iónico produzido pela esterificação do sorbitol pelo ácido esteárico. O monoestearato de glicerila, agente emulsificante não iônico, pertencente à classe dos ésteres graxos. E a cera de carnaúba tipo III, obtida da superfície das folhas da carnaubeira e sua composição química compreende uma mistura de hidrocarbonetos, ácidos graxos, álcoois de cadeia longa, dióis, ésteres e derivados do ácido cinâmico. Para o desenvolvimento de organogéis, a seleção da fase orgânica (óleo) é essencial. O óleo de canola destaca-se por apresentar altas concentrações de ácidos graxos insaturados (ácido oleico, linoleico, ?-linolênico), fitoesteróis e compostos antioxidantes, proporcionando benefícios à saúde, além de baixo custo de produção. Desta forma, o enriquecimento de um organogel com as caraterísticas nutricionais do óleo de canola surge como uma inovação promissora, substituindo as gorduras vegetais e as gorduras trans, promovendo assim uma abordagem mais saudável na produção alimenticia. Além disso, o estudo utiliza uma combinação inovadora de agentes estruturantes, que já são amplamente estudados individualmente ou em outras combinações, para obter as concentrações ideais e maximizar as propriedades do gel, melhorando assim a sua funcionalidade e aplicabilidade. OBJETIVOS: O objetivo deste estudo é identificar os métodos que melhor preservam ou otimizam as propriedades funcionais dos produtos vegetais, visando contribuir para o desenvolvimento de ingredientes funcionais para a indústria alimentícia. O Artigo 1 tem como objetivo aplicar os tratamentos de desidratação e torrefação na jurubeba in natura e avaliar sua influência na composição centesimal, composição de ácidos graxos, perfil de triacilgliceróis, teor de fenólicos totais e capacidade antioxidante. O Artigo 2 visa desenvolver organogéis à base de óleo de canola com diferentes concentrações de agentes estruturantes, determinando seus efeitos sobre as características físico-químicas, reológicas e estruturais, além de avaliar sua estabilidade oxidativa. Além disso, investigou-se a composição lipídica e a qualidade nutricional do óleo de canola em comparação com a gordura vegetal, uma vez que esta última pode apresentar altas concentrações de ácidos graxos saturados e trans, sendo amplamente utilizada em produtos alimentícios processados. MATERIAL E MÉTODOS: No Artigo 1, os frutos verdes de jurubeba (Solanum paniculatum L.) foram coletados em abril de 2020 na área rural (23°22?39.3?S, 53°37?19.9?W) no município de Icaraíma, Paraná, Brasil. Três tratamentos foram realizados: amostras in natura (JUIN), desidratadas (JUD) e torradas (JUT). As amostras foram embaladas em sacos plásticos de polietileno e armazenadas em freezer (-18 °C) até a realização das análises. Foram realizadas análises de composição centesimal, composição de ácidos graxos, perfil de triacilgliceróis, compostos fenólicos e capacidade antioxidante pelo método DPPHo. Os resultados foram expressos como média ± desvio padrão de três repetições. Os dados de todas as respostas foram submetidos à análise de variância (ANOVA) e teste de Tukey com 95% de confiança (p?0,05). Nos dados de composição de ácidos graxos, e ensaios antioxidantes, foram submetidos a uma técnica de exploração multivariada, a técnica escolhida foi a análise de componentes principais (PCA) utilizando os softwares R versão 3.1.6 e Rstudio versão 1.4.1106. No Artigo 2, o óleo de canola refinado, sem adição de antioxidantes, proveniente de um único lote e a gordura vegetal (GV) foram adquiridos em um mercado local de Maringá, Paraná (Brasil). Ambos foram caracterizados por meio da determinação da composição de ácidos graxos e da qualidade nutricional dos lipídios, calculada por seis índices. Em seguida, os organogéis foram preparados e avaliadas diferentes concentrações através de combinações ternárias dos agentes estruturantes (Span 60, Monoestearato de Glicerila e Cera de Carnaúba Tipo III), utilizando valores (%) múltiplos de 3, resultando nas amostras OG 3%, OG 6%, OG 9%, OG 12% e OG 15%. Os organogéis foram caracterizados por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier, avaliação visual da formação do organogel, determinação da oxidação lipídica (OXITEST®), análise de textura, parâmetros reológicos e morfologia. Os resultados foram submetidos à análise de variância (ANOVA), e o teste de Tukey foi aplicado para comparar as médias entre as amostras de organogel, óleo de canola e gordura vegetal, com nível de significância de 5% (p?0,05). Todos os dados foram analisados utilizando o software Statistica, versão 7.0. RESULTADOS E DISCUSSÃO: No artigo 1, os resultados da composição centesimal da jurubeba sob diferentes tratamentos térmicos apresentaram os valores (g por 100 g de peso úmido) nas seguintes faixas: umidade (1,36-74,24), cinzas (1,38-5,59), proteínas (4,37-12,44), lipídios (0,89-5,79), fibra bruta (11,44-51,59) e carboidratos (7,69-24,86). Os métodos de secagem concentraram a maioria dos compostos. Nos resultados da composição de ácidos graxos, foram identificados 13 ácidos graxos. O ácido linoleico foi o principal ácido graxo em todas as amostras, variando de 55,54% a 64,36%. Esse aumento ocorreu devido à alteração induzida na estrutura da parede celular, o que aumentou a extração de óleo. O banco de dados Lipid Maps® forneceu informações de que, na região m/z 842-930, podem ser encontrados triacilgliceróis. Observou-se que o ácido linoleico esteve presente em todos os TAGs mais abundantes, seguido pelos ácidos oleico e palmítico. A desidratação e a torrefação aumentaram a capacidade antioxidante e os compostos fenólicos totais, devido à concentração dos compostos. A análise de PCA explicou 100% da variação da composição da amostra, sendo que o PC1 explicou 72,7% e o PC2 explicou 27,3% dos dados. Ao avaliar o gráfico de PCA gerado, observou-se que não houve formação de grupos, ou seja, as amostras não apresentaram similaridade entre si. Dessa forma, a análise de PCA corroborou os dados relativos aos componentes de ácidos graxos e antioxidantes. No artigo 2, os resultados mostraram que, no óleo de canola, foram identificados 12 ácidos graxos, e na gordura vegetal, 13 ácidos graxos. O óleo de canola apresentou um teor mais elevado de ácidos graxos insaturados (AGI) em comparação com a gordura vegetal, com um teor 44% mais elevado de ácidos graxos monoinsaturados e 21% mais elevado de ácidos graxos poliinsaturados. Os ácidos graxos saturados também merecem destaque, já que eram 5 vezes mais elevados na gordura vegetal. A matriz utilizada oferece um teor de ácidos graxos insaturados que beneficia nutricionalmente os índices aterogênicos e trombogênicos, além de melhorar a relação hipocolesterolêmica/hipercolesterolêmica. Em relação à caracterização dos organogéis, através do FTIR, verificou-se um pico acentuado próximo a 3450 cm?¹, causado pela cristalização, caracterizando as ligações de hidrogênio intermoleculares específicas. O FTIR confirmou a formação bem-sucedida dos organogéis à base de óleo de canola, utilizando diferentes agentes estruturantes. Na análise visual, as amostras OG 6%, OG 9%, OG 12% e OG 15% não diferiram entre si (p > 0,05) nos dias analisados, apresentando uma classificação de gel totalmente firme (classificação 5), semelhante à observada para a gordura vegetal (GV) durante o mesmo período. A maior liberação de óleo ocorreu para OG 3% (13,97±1,62), o que é indesejável. Nas outras amostras, destacou-se que o aumento dos agentes estruturantes promoveu a retenção de óleo na estrutura. Além disso, na análise de oxidação lipídica, observou-se o mesmo comportamento, sendo a concentração a partir de 9% um limite para retardar a oxidação. A dureza analisada na gordura vegetal apresentou um valor de 4,63 N, posicionando-se entre os valores para OG 6% (2,39 N) e OG 9% (7,82 N). Isso sugere que essas formulações de organogel podem ser de particular interesse devido à sua eficácia comparável às gorduras vegetais tradicionais. Para ?? verdadeiro, a GV (761,10 Pa.s) mostrou uma semelhança aproximada apenas com OG 9% (788,90 Pa.s). ?? refere-se à força inicial aplicada para que a amostra possa fluir; quanto maior o valor de ??, maior a força aplicada. Por fim, na microscopia de luz polarizada, as concentrações de 9%, 12% e 15% foram as mais semelhantes à gordura vegetal, confirmando que os agentes estruturantes utilizados formaram pequenos cristais (~5 ?m), desejável em sistemas cristalinos polimórficos estáveis, parâmetro importante nas propriedades sensoriais dos alimentos. CONCLUSÕES: Este estudo concluiu que os processos de secagem e torrefação da jurubeba concentraram compostos químicos, aumentaram a capacidade antioxidante (140%-807%) e os fenólicos totais (14%-86%). Foram identificados 13 ácidos graxos, com ?AGPI acima de 55%, sendo o ácido linoleico (18:2n-6) o majoritário. A análise cromatográfica foi consistente com os íons TAG detectados, e a análise de PCA corroborou os dados, sem formação de grupos similares entre as amostras. A jurubeba mostra-se promissora para as indústrias alimentícia e farmacêutica, embora mais estudos toxicológicos e nutricionais sejam necessários. O organogel à base de óleo de canola, estruturado com agentes como Span 60, Monostearato de Glicerila e Cera de Carnaúba, transformou o óleo líquido em um material semissólido. A concentração mínima de 6% de agentes estruturantes garantiu a formação de uma rede estável e a estruturação eficaz do organogel, enquanto concentrações de 9% ou mais proporcionam resultados superiores em termos de estabilidade, textura e reologia.Os organogéis são promissores como alternativa às gorduras saturadas e trans, oferecendo uma abordagem mais saudável para a indústria alimentícia. Estudos futuros são recomendados para avaliar os aspectos sensoriais e de aplicação em diversos produtos alimentícios.

ABSTRACT: The influence of different processing techniques on plant products seeks to understand how these techniques impact their physicochemical characteristics, such as texture, nutritional composition, and antioxidant capacity. This is crucial for developing functional ingredients that benefit health, increase the shelf life of foods, and make it possible to replace ingredients used in the industry. In addition, optimizing processes adds value to vegetables, making them more attractive to the food industry and consumers. Article 1: Jurubeba (Solanum paniculatum L) is an unconventional food plant (PANC). In Brazil, PANCs occupy areas of native vegetation mainly in communities, and small family farmers, where they cultivate or collect a great diversity of species. The use of these species involves not only the choice of healthy food but is also related to the cultural, sustainable, and environmental recognition and historical value of regional foods. The fruit belongs to the Solanaceae family, native to Brazil, and occurs in other tropical regions of South America, such as Paraguay, Bolivia, and Argentina. The lipid composition of these vegetables is extremely important and can benefit human health. The main component of the glyceride fraction of vegetables is triglycerides, which are made up of saturated and unsaturated fatty acids, polyunsaturated and monounsaturated. Strictly essential fatty acids stand out, such as ?-linolenic acid from the omega-3 family and linoleic acid from the omega-6 family, precursors of the essential fatty acids eicosapentaenoic (EPA), docosahexaenoic (DHA) and arachidonic (AA) acids responsible for the development and maintenance of the nervous and visual systems. Jurubeba fruits are mainly eaten cooked or preserved after appropriate heat treatment. Heat treatment is the main cause of changes in the content of natural antioxidants in foods. Among the heat treatments that can be applied is drying, which offers advantages such as increased shelf life, nutrient concentration, reduced post-harvest losses, ease of transportation, and marketing. Another treatment is roasting, an operation to remove water associated with chemical changes in the composition of carbohydrates, lipids, proteins, and the concentration of minerals, using high temperatures, known as the pyrolysis reaction. The authors are unaware of any studies in which the influence of heat treatment on jurubeba has been assessed, evaluating its lipid profile and antioxidant capacity in vitro. Article 2: Health Regulatory Agencies have recommended reducing or excluding the consumption of trans and saturated fats due to their harmful effects on health, the link between trans fatty acids, and increased risk factors for cardiovascular disease, cancer, and diabetes. In 2019, Brazil's National Health Surveillance Agency published Resolution No. 332 establishing a ban on the production and use of partially hydrogenated oils and fats from 2023. In this context, research into the effect of agents on the structure of lipids has grown significantly, demonstrating the potential of organogel technology. Organogels are viscoelastic materials formed by structuring agents that create a semi-solid phase in which the liquid organic phase is immobilized by an interconnected three-dimensional network. The structuring components can be macromolecules or low molecular weight compounds such as fatty acids, mixtures of sorbitan monostearate, lecithin, and waxes. The structuring used in this study are: Span 60, a nonionic hydrophobic surfactant produced by the esterification of sorbitol by stearic acid. Glyceryl monostearate is a non-ionic emulsifying agent belonging to the fatty ester class. Type III carnauba wax, obtained from the surface of carnauba leaves, and its chemical composition comprises a mixture of hydrocarbons, fatty acids, long-chain alcohols, diols, esters, and cinnamic acid derivatives. For the development of organogels, the selection of the organic phase (oil) is essential. Canola oil stands out for having high concentrations of unsaturated fatty acids (oleic acid, linoleic acid, ?-linolenic acid), phytosterols, and antioxidant compounds, providing health benefits, as well as low production costs. Thus, enriching an organogel with the nutritional characteristics of canola oil appears to be a promising innovation, replacing vegetable fats and trans fats, and promoting a healthier approach to food production. In addition, the study uses an innovative combination of structuring agents, which are already widely studied individually or in other combinations, to obtain the ideal concentrations and maximize the properties of the gel, thus improving its functionality and applicability. AIMS: This study aims to identify the methods that best preserve or optimize the functional properties of plant products, to contribute to the development of functional ingredients for the food industry. Article 1 aims to apply dehydration and roasting treatments to fresh jurubeba and evaluate their influence on its centesimal composition, fatty acid composition, triacylglycerol profile, total phenolic content, and antioxidant capacity. Article 2 aims to develop canola oil-based organogels with different concentrations of structuring agents, determining their effects on physicochemical, rheological, and structural characteristics, as well as assessing their oxidative stability. In addition, the lipid composition and nutritional quality of canola oil were investigated in comparison with vegetable fat, since the latter can have high concentrations of saturated and trans fatty acids and is widely used in processed food products. MATERIAL AND METHODS: In Article 1, green fruits of jurubeba (Solanum paniculatum L.) were collected in April 2020 in a rural area (23°22?39.3?S, 53°37?19.9?W) in the municipality of Icaraíma, Paraná, Brazil. Three treatments were carried out: fresh (JUIN), dehydrated (JUD), and roasted (JUT) samples. The samples were packed in plastic polyethylene bags and stored in a freezer (-18 °C) until the analyses were carried out. Centesimal composition, fatty acid composition, triacylglycerol profile, phenolic compounds, and antioxidant capacity using the DPPHo method were analyzed. The results were expressed as the mean ± standard deviation of three replicates. The data from all the responses were subjected to analysis of variance (ANOVA) and Tukey's test with 95% confidence (p?0.05). The fatty acid composition data and antioxidant assays were subjected to a multivariate exploration technique, the chosen technique being principal component analysis (PCA) using the R software version 3.1.6 and Rstudio version 1.4.1106. In Article 2, refined canola oil, without added antioxidants, from a single batch and vegetable fat (GV) were purchased from a local market in Maringá, Paraná (Brazil). Both were characterized by determining their fatty acid composition and the nutritional quality of the lipids, calculated using six indices. The organogels were then prepared and different concentrations were evaluated using ternary combinations of the structuring agents (Span 60, Glyceryl Monostearate, and Type III Carnauba Wax), using values (%) multiples of 3, resulting in the samples OG 3%, OG 6%, OG 9%, OG 12% and OG 15%. The organogels were characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy, visual assessment of organogel formation, determination of lipid oxidation (OXITEST®), texture analysis, rheological parameters, and morphology. The results were submitted to analysis of variance (ANOVA), and the Tukey test was applied to compare the means between the organogel, canola oil, and vegetable fat samples, with a significance level of 5% (p?0.05). All data was analyzed using Statistica software, version 7.0. RESULTS AND DISCUSSION: In Article 1, the results of the centesimal composition of jurubeba under different heat treatments showed values (g per 100 g wet weight) in the following ranges: moisture (1.36-74.24), ash (1.38-5.59), protein (4.37-12.44), lipids (0.89-5.79), crude fiber (11.44-51.59) and carbohydrates (7.69-24.86). The drying methods concentrated most of the compounds. In the fatty acid composition results, 13 fatty acids were identified. Linoleic acid was the main fatty acid in all the samples, ranging from 55.54% to 64.36%. This increase was due to the induced change in cell wall structure, which increased oil extraction. The Lipid Maps® database provided information that triacylglycerols can be found in the m/z 842-930 region. It was observed that linoleic acid was present in all the most abundant TAGs, followed by oleic and palmitic acids. Dehydration and roasting increased antioxidant capacity and total phenolic compounds due to the concentration of the compounds. The PCA analysis explained 100% of the variation in sample composition, with PC1 explaining 72.7% and PC2 explaining 27.3% of the data. When evaluating the PCA graph generated, it was observed that no groups were formed, i.e. the samples were not similar to each other. Thus, the PCA analysis corroborated the data relating to the fatty acid and antioxidant components. In article 2, the results showed that 12 fatty acids were identified in canola oil and 13 in vegetable fat. Canola oil had a higher content of unsaturated fatty acids (UFA) compared to vegetable fat, with a 44% higher content of monounsaturated fatty acids and a 21% higher content of polyunsaturated fatty acids. Saturated fatty acids are also noteworthy, as they were 5 times higher in vegetable fat. The matrix used offers an unsaturated fatty acid content that nutritionally benefits atherogenic and thrombogenic indices, as well as improving the hypocholesterolemic/hypercholesterolemic ratio. Regarding the characterization of the organogels, FTIR showed a sharp peak near 3450 cm-¹, caused by crystallization, characterizing the specific intermolecular hydrogen bonds. FTIR confirmed the successful formation of canola oil-based organogels using different structuring agents. In the visual analysis, the OG 6%, OG 9%, OG 12%, and OG 15% samples did not differ from each other (p > 0.05) on the days analyzed, presenting a gel totally firm (classification 5), similar to that observed for vegetable fat (GV) during the same period. The highest oil release occurred for OG 3% (13.97±1.62), which is undesirable. In the other samples, the increase in structuring agents promoted oil retention in the structure. In addition, the same behavior was observed in the lipid oxidation analysis, with a concentration of 9% being a limit for slowing down oxidation. The hardness analyzed in the vegetable fat showed a value of 4.63 N, placing it between the values for OG 6% (2.39 N) and OG 9% (7.82 N). This suggests that these organogel formulations may be of particular interest due to their comparable effectiveness to traditional vegetable fats. For true ??, GV (761.10 Pa.s) showed an approximate similarity only to OG 9% (788.90 Pa.s). ?? refers to the initial force applied so that the sample can flow; the higher the value of ??, the greater the force applied. Finally, in polarized light microscopy, the concentrations of 9%, 12%, and 15% were the most similar to vegetable fat, confirming that the structuring agents used formed small crystals (~5 ?m), desirable in stable polymorphic crystalline systems, an important parameter in the sensory properties of foods. CONCLUSIONS: This study concluded that the processes of drying and roasting of jurubeba, concentrated chemical compounds, increased antioxidant capacity (140%-807%) and total phenolics (14%-86%). Thirteen fatty acids were identified, with ?AGPI above 55%, with linoleic acid (18:2n-6) being the majority. The chromatographic analysis was consistent with the TAG ions detected, and the PCA analysis corroborated the data, with no similar groups forming between the samples. Jurubeba shows promise for the food and pharmaceutical industries, although more toxicological and nutritional studies are needed. The organogel based on canola oil, structured with agents such as Span 60, Glyceryl Monostearate, and Carnauba Wax, transformed the liquid oil into a semi-solid material. The minimum concentration of 6% of structuring agents ensured the formation of a stable network and effective structuring of the organogel, while concentrations of 9% or more provided superior results in terms of stability, texture, and rheology. Organogels are promising as an alternative to saturated and trans fats, offering a healthier approach for the food industry. Future studies are recommended to evaluate sensory aspects and application in various food products.