BR112020003962B1

BR112020003962B1 - Método para a obtenção de uma nanoemulsão com antioxidantes naturais encapsulados para a conservação de alimentos frescos e minimamente processados, e a nanoemulsão assim obtida

Info

Publication number: BR112020003962B1
Application number: BR112020003962-4A
Authority: BR
Inventors: Miguel Enrique Jesús Malnati Ramos; Melissa Ximena Adriazola DuPont; Daniel Ali Oviedo Morales
Original assignee: Miguel Enrique Jesús Malnati Ramos
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2017-08-23
Publication date: 2023-01-24
Also published as: CO2020003210A2; ES2764899A2; MX2019012322A; US11612179B2; ZA202001793B; CN111278288A; US20200329743A1; WO2019039947A1; ES2764899B2; ES2764899R1; PE20230295A1; BR112020003962A2

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para a obtenção de uma nanoemulsão que compreende antioxidantes naturais encapsulados em escala nanométrica, revela a formulação do dito produto e a sua aplicação para a conservação dos diferentes produtos ou derivados alimentícios naturais tais como frutas, hortaliças e cereais frescos ou minimamente processados e sucos. A formulação compreende quatro etapas principais: a) a obtenção dos antioxidantes naturais a partir de resíduos de frutas, hortaliças e cereais, b) encapsulação dos antioxidantes naturais, c) formação da nanoemulsão com antioxidantes naturais, d) criodessecação da nanoemulsão formada. Nesse sentido, o objeto da invenção é a elaboração de um método para a obtenção de nanoemulsões com alto poder antioxidante provenientes de resíduos de frutas e/ou hortaliças e/ou cereais, eficientemente encapsulados, com um método fácil e livre de aditivos químicos orgânicos no produto final, que contribuam para conservar e/ou melhorar as características nutricionais e organolépticas em produtos frescos ou minimamente processados, destinados a humanos e animais, de grau alimentício ou nutracêutico. O aspecto central da invenção consiste em uma camada de finas dimensões nanométricas sobre o alimento, que evita a troca gasosa e de fluidos com o meio ambiente, potencializada com antioxidantes selecionados, cuja (...).

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se aos métodos de extração adequada e de encapsulamento dentro de uma matriz nanoemulsionada, que podem ser aplicados, em especial, na conservação de frutas, hortaliças, cereais frescos, sucos e alimentos minimamente processados destinados a seres humanos ou animais; e compreende, além disso, a formulação e a encapsulação otimizada.

[002] Esta invenção está inserida no campo técnico da nanotecnologia e das indústrias de alimentos, bioindústria, biotecnologia e derivados agroindustriais.

ESTADO DA TÉCNICA

[003] Os revestimentos comestíveis são emulsões dispersas constituídas pela homogeneização de substâncias não miscíveis, que podem ser classificadas em três diferentes tipos, a) óleo: água (O/W) b) água: óleo (W/O) c) multiemulsão (W/O/W ou O/W/O), cada uma delas dependendo do elemento que será dispersado sobre a matriz majoritária. Elas são utilizadas normalmente para conservar a vida útil dos alimentos por meio de polissacarídeos dotados de poder microbiano como a quitosana, que conserva a vida útil de frutas e hortaliças na pós-colheita ou outros alimentos como ovos, leguminosas ou cereais, ao aumentar a capacidade antimicrobiana desses produtos frescos.

[004] Atualmente, a pesquisa, o desenvolvimento e a inovação de películas comestíveis no âmbito da conservação de alimentos como frutas e hortaliças estão em contínuo desenvolvendo em virtude da mudança climática que atinge todos os países do mundo e da iminente deterioração apresentada pelos alimentos, em geral devido à sua exposição às condições ambientais. Além disso, o desejo das empresas de logística e da agroindústria de conservar com o uso de métodos que demandem cada vez menos energia do que as técnicas vigentes, como o congelamento e a conservação sob atmosfera controlada, incentiva esse tipo de produto. Felizmente, a tecnologia evoluiu e os revestimentos comestíveis evoluíram para um nível de partícula menor, em escala micrométrica, que permitiu uma melhor aplicação sobre a superfície dos alimentos e uma maior estabilidade termodinâmica ao longo do tempo, em comparação com as emulsões com tamanho de gota normal. No entanto, o uso de tensoativos químicos para conseguir a formação espontânea dessas microemulsões tornou-se um problema, já que os produtos se mostraram tóxicos. Por esse motivo, desenvolveu-se efetivamente a nanotecnologia das emulsões, que conferiu às mesmas uma estabilidade cinética graças aos métodos de homogeneização em velocidades e pressões elevadas, no qual o uso de tensoativos foi diminuído.

[005] Desse modo, as nanoemulsões são composições estáveis, molecularmente formadas em sua maioria por uma mistura de água em óleo, de maneira que as partículas internas estão numa faixa nanométrica entre 20 e 500nm. Essas misturas nanométricas se caracterizam e são consideradas o melhor meio para facilitar o transporte, a liberação e a absorção de agentes ativos funcionais como antioxidantes, antimicrobianos ou nutracêuticos (Cardoso & Jiménez, 2015); além disso, exigem baixa percepção sensorial por apresentarem diversos usos em segmentos como o farmacêutico, cosmético, medicinal ou alimentício. Não obstante, a tendência mundial voltou-se para o uso de produtos naturais ou orgânicos que supostamente estariam livres de insumos nocivos à saúde, ou para um enfoque relacionado aos superalimentos, o que influenciou o desenvolvimento de produtos com agentes ativos extraídos de compostos naturais, assim, a tendência fez com que os revestimentos comestíveis direcionados aos alimentos fossem enriquecidos com óleos essenciais de hortaliças aromáticas, como orégano, manjericão, canela e outros antioxidantes, que contêm compostos fenólicos e conferem a eles essas outras características próprias para a conservação dos alimentos com propriedades nutricionais adicionais, requeridas pelo mercado.

[006] Os agentes ativos funcionais extraídos nos processos industriais podem ser polifenóis, terpenos, glicosídeos ou alcaloides, dependendo da matéria-prima utilizada. Por exemplo, os polifenóis são abundantes nas frutas, na forma de compostos fenólicos; enquanto os terpenos no óleo essencial das ervas aromáticas. Os flavonoides são compostos fenólicos que se caracterizam por representar uma fonte importante de antioxidantes que ajudam a reduzir o estresse oxidativo dos lipídios, proteínas e ácidos nucleicos devido ao oxigênio circundante no meio ambiente (Cerón, Higuita & Cardona, 2010). Entretanto, os avanços científicos na biotecnologia de alimentos contribuíram para o reaproveitamento de diversos agentes ativos, como os flavonoides, presentes nos resíduos com grande potencial antioxidante, encontrados nas cascas e caroços de diversas frutas. Por isso, países com grande biodiversidade, como o Peru, devem aproveitar os refugos agroindustriais para transformá-los e produzir aditivos elaborados à base de antioxidantes, os quais podem tornar funcionais diversos produtos alimentícios, ou seja, nutrir e prevenir doenças, de uma maneira que é comercialmente viável e ambientalmente sustentável. Além disso, os compostos fenólicos naturais têm uma aceitação cada vez maior por parte das indústrias e instituições em caráter mundial, como a FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations), que exige alimentos seguros, livres da contaminação bacteriana e da toxicidade causadas pelos aditivos sintéticos de uso frequente na indústria alimentícia (Conte et al, 2007); apesar disso, os compostos fenólicos apresentam o problema técnico da volatilidade e sensibilidade dada a sua composição química, o que representa um problema para a sua efetiva conservação, além disso, o uso de insumos químicos inorgânicos para as etapas de extração e concentração prejudica a condição comestível do produto. Dessa maneira, foram desenvolvidas tecnologias como a nanofiltração de compostos e a encapsulação para conservar os compostos ativos, de diferentes tamanhos de partícula de compostos voláteis, como os antioxidantes, ou outros produtos, como os ômegas, vitaminas, proteínas e outros, que contribuem para manter e/ou aprimorar as características nutricionais e organolépticas ao longo do tempo dos alimentos minimamente processados.

[007] O estado da técnica inclui patentes de invenção referentes à produção de nanoemulsões dirigidas à conservação dos alimentos em geral que utilizam métodos extensos e imprecisos de homogeneização em velocidades e pressões elevadas, ou por fragmentação mecânica com o uso de tensoativos químicos, com a qual são obtidas emulsões água - óleo de granulometria fina abaixo de 100 nanômetros (nm); outros pedidos de patentes, como EP728460 ou EP1016453, utilizam tensoativos ou polióis químicos para estabilizar a emulsão e obter a granulometria desejada. A patente US20140205722A1 menciona a composição de uma nanopartícula lipídica sólida complexa que conserva frutas, vegetais, sementes e/ou cereais por longos períodos a partir de uma base lipídica constituída por ceras e insumos adicionais como proteínas, agentes antioxidantes e os materiais formadores de filmes. Além disso, patentes como KR20140115427 e KR20160005182A propõem nanoemulsões, que não mencionam os métodos de extração eficiente dos seus compostos ativos, e apresentam métodos imprecisos que correspondem a soluções antioxidantes de curcumina e óleo de canela devido ao seu princípio funcional antimicrobiano, essas são obtidas através de uma mistura entre emulsificador e água, seguida de uma mistura com o óleo e o agente antimicrobiano, para finalmente misturar ambos os produtos sob pressões elevadas. Por fim, a patente CN104997129 propõe métodos extensos de um aditivo alimentício usando compostos de hortaliças. Para isso, o insumo com o composto ativo (árvore de Larix) é pulverizado e extraído por ultrassom usando etanol como solvente químico a 60-70°C por 30-50 minutos, sendo então concentrado com aditivos químicos, como o ácido sulfúrico, para finalmente ser centrifugado e cristalizado.

[008] Em relação à extração de compostos antioxidantes, são utilizados métodos com solventes orgânicos ou tratamentos hidrotérmicos com recirculação. A patente W02004009206A1 é um procedimento de extração de compostos fenólicos que utiliza reatores em temperaturas entre 180°-240°C por períodos de até 30 minutos em reação, deixando-se em seguida resfriar por algumas horas e retirar a fração liquida filtrada, o que não preserva as características antioxidantes devido às temperaturas utilizadas e nem produz um resultado eficiente. A patente ES2198286T3 é um método novo para a obtenção de antioxidantes naturais que consiste na extração com solventes orgânicos em temperaturas de até 100°C com um resfriamento rápido, evaporação do solvente orgânico, destilação da solução e secagem em leito fluidizado, isso implica em métodos extremamente longos e no uso de substâncias químicas para a elaboração do produto final.

[009] A patente US2016262438 menciona um método de extração de fenóis que se baseia na concentração de suco antioxidante até um grau Brix de 25°, para depois ser submetido a métodos de adsorção com resinas e etanol como solvente, e finalmente concentrado em um evaporador rotativo para ser pulverizado com o método de Spray Dryer. Isso demanda métodos extensos, complexos e de alto custo em decorrência do tempo prolongado dos métodos. Por último, a patente CN104305468 refere-se a um método extenso que utiliza produtos químicos para a preparação de um antioxidante de gergelim. O método consiste em secar as sementes, realizar um processo de “degreasing” com n-hexano e uma extração com etanol em alta concentração pelo prazo de 1 dia, para finalmente ser concentrado em um evaporador rotativo. No estado da técnica, não há relatos do uso da tecnologia de nanofiltração para a concentração e purificação de soluções antioxidantes. A patente ES2294696T3 apresenta um método que inclui várias etapas de nanofiltração de soluções de albumina até conseguir a pureza e a concentração desejadas.

[010] Em relação às técnicas de encapsulação de compostos ativos, elas são utilizadas em campos muito variados, desde a farmacêutica até a agroquímica. As técnicas utilizadas correspondem ao uso de materiais poliméricos para envolver agentes ativos embalados, seguindo-se técnicas para a obtenção de cápsulas com tamanhos de partículas cada vez menores, que resultam através de métodos de secagem por atomização, fluido supercrítico ou, em casos excepcionais, métodos de criodessecação com solventes. A patente ES2213572T3 é um procedimento complexo, mas industrialmente viável para a microencapsulação de substâncias solúveis em água, que corresponde a uma mistura da substância com polímeros biodegradáveis e um solvente químico para homogeneizar a amostra em condições ideais para a formação da micropartícula, que se solidifica quando esse solvente é eliminado. A patente ES2268073T3 é um procedimento para a microencapsulação de agentes ativos agrícolas, no qual são misturados materiais químicos de alto ponto de fusão e outro com ponto de fusão normal. Eles são então aquecidos até se tornarem líquidos e, com o uso de métodos de polimerização interfacial, são transformados em uma microcápsula em estado sólido. Isso pressupõe que o antioxidante microencapsulado possa se deteriorar devido à excessiva exposição ao calor.

[011] Pudemos identificar o seguinte documento de não patente que também citamos como anterior: Memorias del XXXIV Encuentro Nacional y III Congreso Internacional de la AMIDIQ. Mazatlán, Sinaloa, México. 7 - 10 de Maio de 2013. M. G. Michel Barba, et al. Efecto de los parámetros de procesamiento de la microfluidización sobre las propiedades fisicoquímicas de nanoemulsiones (goma arábica - aceite de linaza). páginas: 2738 - 2743. ISBN: 978-607-95593-1-1. Essa publicação descreve um método para a realização de uma microemulsão usando óleo de linhaça e goma arábica. É formada uma dispersão coloidal a partir da goma arábica dissolvida e filtrada. A amostra de emulsão é preparada com 3% p/p de fase dispersa à uma razão 2:1 entre a goma arábica e o óleo de linhaça. Forma-se assim uma emulsão espessa, sendo que o óleo de linhaça é adicionado gota a gota à dispersão coloidal da goma arábica, usando um dispersor de alto corte, a 5000 RPM por 10 minutos em temperatura de 20°C. Em seguida, essa emulsão espessa foi homogeneizada em um microfluidizador, em triplicata. Água deionizada foi utilizada em todo o trabalho. No entanto, esse método difere quanto aos parâmetros de temperatura, tempo e rpm utilizados durante o método.

[012] Pelo exposto acima, é necessário contar com um método para a obtenção de nanoemulsões com alto poder antioxidante proveniente de resíduos de frutas e/ou hortaliças e/ou cereais, eficientemente encapsulados, e com um método simples sem aditivos químicos orgânicos no produto final, que contribuam para conservar e/ou melhorar as características nutricionais e organolépticas em alimentos frescos e minimamente processados, dirigidos a seres humanos e animais, de grau alimentício. BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[013] São cada vez mais necessários produtos que contribuam para a conservação dos alimentos e de outros produtos naturais, os quais não incluam elementos, substâncias, derivados sintéticos ou artificiais e que, por outro lado, sejam dotados de propriedades nutracêuticas, de fácil obtenção e amigáveis ao meio ambiente, diminuindo o impacto ambiental da indústria que faz uso de insumos vegetais, como frutas, hortaliças e cereais e descarta restos de material orgânico.

[014] O presente pedido de patente propõe uma solução para o problema descrito.

[015] A invenção compreende um método para a obtenção de uma suspensão conservante, doravante nanoemulsão, que contém agentes ativos encapsulados em escala nanométrica; revela a formulação do dito produto e a sua aplicação para a conservação de diferentes produtos ou derivados alimentícios naturais tais como frutas, hortaliças e cereais frescos ou minimamente processados e sucos.

[016] Nesse sentido, o objeto da invenção é a elaboração de um método para a obtenção de nanoemulsões com alto poder antioxidante proveniente de resíduos de frutas e/ou hortaliças e/ou cereais, eficientemente encapsulados, e com um método simples sem aditivos químicos orgânicos nem com grau alimentar no produto final, que contribuam para conservar e/ou melhorar as características nutricionais e organolépticas dos produtos frescos ou minimamente processados, dirigidos a seres humanos e animais, com grau alimentício e nutracêutico.

[017] O aspecto central da invenção consiste em uma capa de finas dimensões nanométricas sobre o alimento, que evita a troca gasosa e de fluidos com o meio ambiente, potencializado com antioxidantes selecionados, cuja função é semelhante a uma enzima que retarda ou inibe as reações bioquímicas de decomposição e oxidação do alimento. Isso permite que os alimentos frescos e minimamente processados tenham maior vida útil e que os alimentos destinados ao congelamento melhorem a sua qualidade organoléptica quando descongelados.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[018] A presente invenção foi desenvolvida como solução para o problema técnico antes mencionado, sendo que a invenção propõe uma nova formulação de um sistema disperso como uma nanoemulsão potencializada com antioxidantes naturais comestíveis extraídos de resíduos de frutas e/ou hortaliças e/ou cereais, os métodos de encapsulação e criodessecação da nanoemulsão, e esse produto acabado é que garante a estabilidade, ação prolongada e efetiva ao longo do tempo sobre os alimentos frescos e minimamente processados que tenham sido protegidos com tal produto, tais como frutas, hortaliças e cereais.

[019] O objeto da invenção é o método para a obtenção de uma nanoemulsão com antioxidantes naturais que compreende as seguintes etapas a) obtenção eficiente dos antioxidantes naturais, b) encapsulação dos antioxidantes naturais, c) formação da nanoemulsão com antioxidantes naturais, d) criodessecação da nanoemulsão formada.

[020] A obtenção eficiente dos antioxidantes naturais de resíduos de frutas, hortaliças e cereais compreende os seguintes métodos: - Seleção, lavagem e desinfecção das cascas e caroços dos resíduos das frutas, hortaliças ou cereais selecionados. - Desidratação da matéria-prima desinfectada, que pode ser realizada em um forno convencional a 30-60°C por volta de 2-6 horas com ar quente sob refluxo, ou por meio de liofilização em temperaturas entre -30 a -50°C e uma pressão de vácuo absoluto de pelo menos 0,04 mbar, durante 10-15 horas, dependendo da sensibilidade do componente antioxidante da fruta, hortaliça ou cereal. - Extração com solventes polares, como a água ultrapura, dos resíduos desidratados com potencial ativo obtidos na etapa anterior, com um grau de umidade entre 2-20%, que pode ser efetuada por meio de extração assistida com ondas micro-ondas a uma potência entre 100 - 400 W por 5-40 minutos, ou ultrassom com uma potência de vibração entre 20 - 60 kHz, por 10 - 40 minutos, em temperatura entre 30 - 60°C, dependendo da sensibilidade do componente antioxidante da fruta, hortaliça ou cereal. - Concentração parcial do extrato antioxidante com o método de destilação simples em evaporador rotativo submetido a vácuo entre 0,5 - 15 inHg a 20-60°C por 10 - 95 minutos até obter uma concentração entre 10-50%. - Nanofiltração tangencial da solução concentrada antioxidante em um pH entre 6 - 10,5, em dois filtros sequenciais com nanoporos entre 10 - 100 nm e superfície mínima de 0,01 m2, na mesma temperatura do método anterior, através do qual passa a solução bombeada a pressões entre 0,5 - 1 bar.

[021] A encapsulação dos antioxidantes naturais inclui os seguintes processos: - Mistura em velocidade entre 500-2000 RPM, em temperatura entre 20 - 60°C por 1-3 horas dos extratos antioxidantes concentrados em uma mistura em proporção 1:1 com polissacarídeos como maltodextrina e goma arábica, ou uma proporção direta de amido modificado de milho ou mandioca, em uma quantidade que substitua a porcentagem de sólidos solúveis medidos, com técnicas de refratometria, da solução antioxidante selecionada. - Homogeneização em velocidade entre 8000 - 15000 RPM por volta de 1 -15 minutos para encapsular os compostos ativos com os biopolímeros e assim protegê-los dos danos causados pelo meio ambiente, a partir da formação de uma microemulsão com um material de parede que fará a referida proteção. A microemulsão antioxidante resultante é armazenada temporariamente em refrigeração em temperatura de 5-15°C.

[022] A formação da nanoemulsão com antioxidantes naturais compreende os seguintes passos: - Diluição do ácido algínico em água potável, em temperatura entre 5070°C, com movimento constante durante 1-3 horas a 500-1500 RPM. - Homogeneização em velocidade de 8000 - 15000 RPM por cerca de 115 minutos do ácido algínico em solução com o restante dos componentes: matriz oleaginosa, polissorbato, glicerol e a microemulsão antioxidante. - Microfluidização em pressões elevadas de 100 - 200 MPa por 3-5 ciclos, com a qual foi obtida a nanoemulsão fluida, potencializada com antioxidantes naturais de resíduos de frutas e/ou hortaliças e/ou cereais.

[023] Finalmente, a criodessecação da nanoemulsão obtida na etapa anterior compreende a concentração da nanoemulsão por métodos de criodessecação como o método de liofilização submetido a pressões de vácuo de pelo menos 0,04 mbar e temperaturas entre -10 a -50°C, que conferem ao mesmo um aspecto de pó, de volume reduzido.

[024] Uma vantagem da presente invenção é que a concentração é reduzida para um tempo de menos de 2 horas e sem o uso de solventes químicos inorgânicos, com o objetivo de aumentar a naturalidade do produto, o grau alimentício e a eficiência do método em 20-40%.

[025] Outra vantagem da invenção é que ela não é formada por nenhum tipo de proteína, e a matriz oleaginosa utilizada é uma combinação de ácidos graxos saturados e monoinsaturados que apresentam estabilidade molecular graças ao número reduzido de ligações duplas em suas moléculas, como o óleo de coco, canola, amêndoas, abacateiro (abacate) ou amendoinzeiro (amendoim) que conferem à nanoemulsão a permeabilidade e a estabilidade oxidativa desejadas, além do ácido oleico que proporciona uma característica funcional ao produto final.

[026] Outra vantagem da invenção é que o método de refratometria usado na encapsulação contribui para abreviar o tempo de liofilização em 20-30%.

[027] Outra vantagem da invenção é que o produto final é uma nanoemulsão concentrada em pó, que diminui em mais de 100% o seu volume em relação à nanoemulsão fluida, contribui para melhorar os processos logísticos do produto e, além disso, o produto, quando reidratado, manterá todas as suas propriedades e o tamanho de partícula. Finalmente, uma vantagem do produto aplicado sobre os alimentos minimamente processados, tais como frutas, hortaliças e cereais, é que as condições de armazenamento serão melhores, evitando longas cadeias de congelamento e atmosfera controlada, já que a cobertura da suspensão coloidal permitirá preservar os alimentos sob condições de refrigeração, em razão do princípio permeável e do seu enriquecimento com os agentes ativos dos resíduos de frutas, hortaliças ou cereais.

[028] Um objetivo da invenção é obter antioxidantes de alta concentração fenólica a partir de resíduos de diversas frutas, hortaliças ou cereais, caracterizada por ser uma fórmula rica em compostos ativos funcionais antioxidantes.

[029] Outro objetivo da invenção é a obtenção de uma composição que compreende: a) 0,5 - 10% de Ácido algínico, de preferência alginato de sódio ou potássio de fontes naturais, de grau alimentício b) 0,1 - 10% Matriz oleaginosa com ácidos graxos saturados e/ou monoinsaturados como compostos majoritários c) 0,1 - 1% de Polissorbatos, de preferência Monolaurato de sorbitano polioxietinelado ou Monoesterato de sorbitano polioxietinelado de grau alimentício d) 0,5 - 10% de Glicerol, de preferência ésteres de glicerol de colofônia de fontes vegetais naturais, de grau alimentício e) 0,2 - 40% de Microemulsão Antioxidante

[030] Uma alternativa da invenção é uma formulação planejada para manter o tempo de vida útil de frutas cortadas em condições de refrigeração. A solução é formada pela formulação apresentada, substituindo o glicerol e o polissorbato por uma quantidade de 1-5% de ascorbato de cálcio ou por uma combinação 1:1 de ácido ascórbico e ácido cítrico.

[031] Outra alternativa da invenção refere-se a uma matriz microemulsionada, não em escala nanométrica, contendo antioxidantes corretamente encapsulados, e que apresenta o mesmo campo de ação dirigido à conservação de alimentos, já que envolve todo o procedimento descrito, exceto o método de microfluidização, que se encarrega de transpor a emulsão para uma escala nanométrica.

[032] Outra alternativa da invenção, dirigida como um insumo para uso na agricultura orgânica, consiste em uma formulação que carece de polissorbato, visto que, de acordo com os Programas de Equivalências de diferentes entes reguladores mundiais, os parâmetros químicos avaliados são primordialmente traços de amônio quaternário nos termos da norma ISO 17025.

[033] Outra alternativa da invenção, dirigida como um insumo para preservar a qualidade de sucos de frutas naturais, também exclui o uso de polissorbatos na sua formulação, pelo fato de gerar um incremento não desejável da viscosidade do produto final de até 50%.

[034] A invenção supõe um aperfeiçoamento no estado da técnica, em vista de propor um método simples com uma composição única que melhora a eficiência produtiva, com maior porcentagem de antioxidante e funcional da nanoemulsão, além de manter a naturalidade e o grau alimentício, por meio de técnicas que não utilizam aditivos químicos orgânicos, como o etanol, metanol ou hexano, nem temperaturas acima de 60°C para os métodos de extração, concentração e encapsulação, o que ajuda a manter intactos os polifenóis presentes nos antioxidantes naturais extraídos de resíduos de frutas, hortaliças e cereais.

[035] A invenção também se refere a um método eficaz para a encapsulação eficiente de compostos ativos como as proteínas, ácidos graxos, vitaminas e minerais, que tenham sido corretamente extraídos de frutas, hortaliças ou cereais e que se queiram preservar ao longo do tempo, por meio de emulsões que encapsulam eficientemente o agente ativo. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[036] Figura 1. Fluxograma do método da invenção detalhando as suas quatro etapas principais.

EXEMPLO DE REALIZAÇÃO PREFERENCIAL DA INVENÇÃO A. PROCEDIMENTO PARA A OBTENÇÃO DA NANOEMULSÃO COM ANTIOXIDANTES NATURAIS ENCAPSULADOS

[037] Uma preparação da nanoemulsão da invenção, a título de exemplo, envolve a seleção, lavagem e desinfecção das cascas e caroços do fruto da mangueira Mangifera indica L. com 100 ppm de hipoclorito de sódio diluído em água ozonizada; em seguida efetua-se a desidratação com um liofilizador de bandejas em temperatura aproximada de -40°C e uma pressão de vácuo absoluto de pelo menos 0,04 mbar, durante 12 horas. Uma vez efetivada a desidratação, mede-se o grau de umidade da matéria-prima e realiza-se a extração com solventes polares por extração assistida com ondas micro-ondas a uma potência que oscila a 200 W por 20 minutos; depois disso, o extrato antioxidante é parcialmente oxidado pelo método de destilação simples em evaporador rotativo submetido a vácuo entre 0,5 - 15 inHg a 40°C por 60 minutos até obter uma concentração de pelo menos 15%, para passar pela nanofiltração tangencial da solução concentrada antioxidante em dois filtros sequenciais com nanoporos de 50 nm e superfície mínima de 0,01 m2, na mesma temperatura do método anterior, através do qual passa a solução bombeada a pressões entre 0,5 bar. Em um método separado, os extratos antioxidantes concentrados são misturados em velocidade de 500 RPM, a 25°C por 2 horas, em uma mistura em proporção direta à porcentagem de graus brix do concentrado, de amido modificado de milho; a homogeneização é efetuada em um misturador industrial em velocidade de 12 000 RPM por cerca de 5 minutos a fim de encapsular os compostos ativos, a microemulsão antioxidante resultante é armazenada temporariamente sob refrigeração na temperatura de 5-15°C.

[038] O ácido algínico é diluído em água ozonizada a 50°C, com movimento constante durante 1 hora e homogeneizado com o restante dos insumos: matriz oleaginosa, polissorbato, glicerol e a microemulsão antioxidante. Em seguida, o método de microfluidização é conduzido em pressões elevadas de 100 MPa por 3 ciclos, com o qual foi obtida a nanoemulsão fluida, potencializada com antioxidantes naturais de resíduos de frutas e/ou hortaliças. Finalmente, a nanoemulsão obtida na etapa anterior foi criodessecada a pressões de vácuo de pelo menos 0,04 mbar e temperaturas de -40°C, que conferem à mesma um aspecto sólido de granulometria fina.

B. APLICAÇÃO DA NANOEMULSÃO COM ANTIOXIDANTES NATURAIS ENCAPSULADOS SOBRE ALIMENTOS SELECIONADOS

[039] As frutas e hortaliças objeto da experimentação (manga, abacate, tangerina, morango e aspargos) foram selecionadas considerando as características de ótima qualidade, ou seja, tamanhos uniformes, formas, cores e livres de danos mecânicos ou fitossanitários pós-colheita, maduração em estado de pintas, foram lavadas e desinfectadas com 100 ppm de hipoclorito de sódio; em seguida a nanoemulsão fluida foi aplicada em forma de aspersão por 5 minutos e realizou-se a secagem - escorrimento por mais 5 minutos, à temperatura ambiente de 25±2°C sobre grelhas esterilizadas; em seguida o alimento foi envasado em recipientes recomendados pelo CODEX Alimentarium. Findo o protocolo de aplicação da nanoemulsão da invenção, foram conduzidos ensaios acelerados - controlados em triplicatas, a cada 7 e 14 dias à temperatura de 25±2°C e umidade relativa de 80 - 90%, à exceção do morango e do aspargo que foram refrigerados a 10±2°C, todos os ensaios em uma mesma concentração do produto. As amostras foram lotes experimentais de 1 Kg de manga Mangifera indica L., abacate Persea americana, tangerina Citrus reticulata, morango Fragaria vesca L. e aspargos Asparagus officinalis. As variáveis medidas foram diferencial de peso, diferencial de graus brix e escala hedônica, a partir de uma prova de Avaliação Sensorial, que foram avaliados, em uma escala do 1 a 5, sendo 5 a escala de melhor aceitação conforme o paladar do produto, por um painel de degustadores previamente treinados de 15 pessoas. Os resultados demonstram que as amostras experimentais revestidas com a invenção mostram uma melhora notável em relação às amostras de controle sem nenhum tratamento, visto que no prazo de 8-12 dias, dependendo da fruta, essas se encontravam em estado de putrefação. Cabe ressaltar que os ensaios foram conduzidos em temperaturas extremas, desse modo, as amostras submetidas a temperaturas de refrigeração entre 5 - 10°C têm a sua qualidade incrementada em pelo menos um 50%, o que é proveitoso para o setor agroindustrial, que lida inclusive com temperaturas de congelamento e até atmosferas controladas para manter a qualidade do produto alimentício.

[040] A degradação bioquímica dos alimentos, causada em grande medida pelos métodos oxidativos, é o principal fator não microbiano, na qual os radicais livres formados iniciam reações de deterioração que agem sobretudo sobre lipídios e proteínas (Descalzo, Rizzo, Rossetti, Negri, Paéz, Costabel e Taverna, 2010), o que pode ser compensado pela invenção que contém antioxidantes corretamente encapsulados.

[041] Por isso, os resultados experimentais obtidos para o aspargo podem extrapolar os cereais, já que o aspargo, representante das hortaliças, conta com proporções semelhantes em termos de aminoácidos essenciais, que molda a similitude proteica entre ambas as classes de alimentos. QUADRO: TEOR DE AMINOÁCIDOS EM CEREAIS REPRESENTATIVOS E NO ASPARGO

1Fonte: FAO (2013), Dietary protein quality evaluation in human nutrition 2Fonte: Alimentos.org.es (s/n), Aminoácidos de los Espárragos 3Fonte: Ayala, G. (2014), Aporte de los cultivos andinos a la nutrición humana

[042] Por outro lado, foram avaliadas amostras de alimentos minimamente processados e sucos, em lotes experimentais em triplicatas de 500 g de maçã Malus communis descascada e cortada, e 500 mL de suco de banana Musa paradisiaca de no mínimo 15 - 20% de fruta, em condições controladas de 20±2°C e umidade relativa do 70%. Por meio da escala hedônica, a partir de uma prova de Avaliação Sensorial, com avaliação numa escala de 1 a 5, sendo 5 a escala de melhor aceitação, foram medidos critérios sensoriais como paladar, olfato e visão, por um painel de degustadores previamente treinados de 15 pessoas, e pH para analisar o grau de acidez que a fruta vai adquirindo. As amostras experimentais apontam para uma melhora considerável em relação às amostras de controle sem nenhum tratamento e as faixas do pH se mantêm dentro do padrão da fruta.

C. PARÂMETROS DE QUALIDADE DA NANOEMULSÃO COM ANTIOXIDANTES NATURAIS ENCAPSULADOS 1. A DETERMINAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DOS COMPOSTOS ANTIOXIDANTES:

[043] Foi realizada com base na técnica de DPPH, que consiste na medição do potencial de inativação dos radicais na presença de uma substância antioxidante aquosa (Hseu e col, 2008). Mensor et al. (2001), expressa condições operacionais em uma concentração inicial do 50% (EC50) do extrato preparado contra um controle branco, a mudança de cor de violeta intenso para amarelo claro foi medida a uma absorbância entre 514-517 nm, medidos em um espectrofotômetro UV/VIS. As unidades resultantes são fornecidas em Trolox equivalentes (μg TEg-1). Os resultados no extrato antioxidante natural dos resíduos da uva se encontram em cerca de 772,14 ±0,32 μg TEg-1, enquanto no extrato do resíduos do manga em cerca de 188,54 ±0,45 μg TEg-1. Isso pressupõe um aperfeiçoamento entre 1-6% sobre o estado da técnica “Extraction yield, antioxidant activity and phenolics from grape, mango and peanut agro industrial by products”, que também utiliza substâncias químicas orgânicas, como o etanol, para a extração.

2. A EFICIÊNCIA DE ENCAPSULAÇÃO

[044] Esta é medida como percentual, foi realizada por meio de uma relação entre output e input do método de encapsulação eficiente, adotando uma média dos ensaios realizados com um desvio padrão que mostra a dubiedade das repetições em cada corrida. Considerou-se avaliar os melhores resultados obtidos da presente invenção, em relação ao melhor resultado enunciado na patente KR20160005182A. QUADRO COMPARATIVO DA EFICIÊNCIA DE ENCAPSULAÇÃO (%)

[045] Os resultados mostram que a patente KR20160005182A com uma concentração de 1,6% de óleo de canela obteve uma eficiência de encapsulação de 77,87%, enquanto na patente de invenção apresentada o antioxidante com concentração de 1,5% teve um rendimento de 81,32%.

3. A TOXICIDADE AGUDA

[046] É a capacidade de uma substância de ser letal em baixas dose aos seres humanos (SINIA, 2017). A nanoemulsão mencionada na invenção foi submetida à prova de Toxicidade por ingestão em função da LD50 oral de acordo com o guia OECD teste 423, que consistiu em uma dose única a ratos de laboratório administrando 2000 mg/kg de peso corporal, sendo observados por 14 dias, período de tempo que não induziu danos tóxicos e apresentou uma LD50 superior a 2000 mg/kg de peso corporal, razão pela qual o produto final pode ser considerado não classificável como tóxico ou baixa toxicidade intrínseca.

4. MEDIDA DO TAMANHO DE PARTÍCULA DA NANOEMULSÃO

[047] Foi medida em um analisador a laser Mastersizer (<100nm a >2mm). A amostra coloidal é depositada na bancada óptica do instrumento de medição, onde um feixe de luz ilumina as partículas, com a medição sendo gerada a partir de diversos ângulos que dispersam a luz por toda a amostra. A invenção tem um tamanho médio de partícula entre 90-100 nm, no percentil 90.

5. MEDIDA DO POTENCIAL ZETA (mV)

[048] Da nanoemulsão é uma medida do potencial eléctrico na superfície interfacial das suspensões, o qual é medido em células eletroforéticas com dois eletrodos conectados a uma fonte de energia (Kosegarten & Jiménez, 2012), está associado ao valor de pH, pois o pH associa a carga das partículas. Foi utilizado um zetâmetro como instrumento de medição da nanoemulsão na invenção, tendo produzido um valor entre -20 mV a -40 mV, dependendo das concentrações dos insumos, e o pH permaneceu em torno de 6,5 a 10, o que demonstra uma estabilidade adequada dentro da faixa permitida <-30 mV. A patente KR20160005182A apresenta potenciais zeta de cerca de 0,5 até quase 6 mV, o que pode inferir um grau de dissociação elevado.

6. A ANÁLISE MICROBIOLÓGICA SANITÁRIA

[049] Das nanoemulsões aplicadas nos alimentos minimamente processados foi efetuada considerando o crescimento de micro-organismos, como os aeróbicos mesófilos ao longo do tempo, em condições de temperatura entre 15-30°C. A contagem de colônias a 30°C pela técnica de semeadura em superfície resultou, aos 14 dias, em mangas, abacates, tangerinas (prateleira a 30°C); e 10 dias em morangos e camu - camu (prateleira a 15°C), tratamentos favoráveis que se encontravam em uma razão entre 450 - 600 UFC/g de aeróbicos totais. Esse indicador mostra uma melhora entre 200 e 250% em relação às mesmas frutas em comparação ao controle branco, que não possui qualquer revestimento.

7. A ANÁLISE SENSORIAL

[050] É um método experimental que analisa as características organolépticas de um produto, por um painel de juízes que as percebem e qualificam segundo seus critérios. A análise de mangas frescas revestidas com a nanoemulsão enriquecida com antioxidante de resíduos do manga foi realizada em triplicata por um painel formado por 15 juízes capacitados. Os resultados da prova mencionada tiveram uma média de pontuação de 1 a 5, de 5,0 pontos, o que evidencia uma ligeira melhora no sabor do produto, visto que a manga sem aplicação (controle) obteve uma nota 4,8, que realça o aroma frutado. Os resultados se tornam mais interessantes quando, aos 14 dias, a manga com o revestimento apresenta uma nota média de 3,9 pontos, enquanto a amostra de controle mostra uma pontuação 0,0 em virtude do seu nível de decomposição.

Claims

1. Método para a obtenção de uma formulação de nanoemulsão com antioxidantes naturais encapsulados para a conservação de frutas, hortaliças e alimentos minimamente processados, caracterizado por compreender as seguintes etapas: a. Extração dos antioxidantes naturais de resíduos de frutas, hortaliças ou cereais, onde a extração é realizada com água ultrapura com uma concentração parcial do extrato antioxidante com o método de destilação a vácuo entre 0,5 - 15 inHg a 20-60°C por 10 - 95 minutos a uma concentração entre 10-50% e com a subseqüente nanofiltração tangencial da solução; b. Encapsulação dos antioxidantes naturais; c. Formação da nanoemulsão com antioxidantes naturais; e d. Criodessecação da nanoemulsão formada.

2. Método para a obtenção de uma formulação de nanoemulsão com antioxidantes naturais encapsulados para a conservação de frutas, hortaliças e alimentos minimamente processados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a extração dos antioxidantes naturais compreender as seguintes etapas: a. Seleção, lavagem e desinfecção de cascas e/ou caroços de resíduos de frutas, hortaliças ou cereais selecionados; b. Desidratação do que foi obtido na etapa anterior em um forno convencional a uma temperatura de 30 a 60 °C por 2 a 6 horas com ar quente sob refluxo, ou mediante liofilização a uma temperatura de -30 a -50 °C e uma pressão de vácuo absoluto de 0,04 mbar por 10 a 15 horas, até uma umidade de 2 a 40%; c. Extração com água ultrapura, do que foi obtido na etapa anterior, assistida por micro-ondas a uma potência de 100 a 400 W por 5 a 40 minutos, ou ultrassom com potência de vibração de 20 a 60 kHz, por 10 a 40 minutos a uma temperatura de 30 a 60 °C; d. Concentração parcial do extrato antioxidante com o método de destilação simples em um evaporador rotativo submetido a vácuo entre 0,5 a 15 inHg a 20 a 60 °C por 10 a 95 minutos até alcançar uma concentração entre 10 a 50%; e. Nanofiltração tangencial da solução da etapa anterior, a um pH de 6 a 10,5, em dois filtros sequenciais com nanoporos de 10 a 100 nm e superfície mínima de 0,01 m2, a uma temperatura de 30 a 60 °C, a solução é bombeada a uma pressão de 0,5 a 1 bar.

3. Método para a obtenção de uma formulação de nanoemulsão com antioxidantes naturais encapsulados para a conservação de frutas, hortaliças e alimentos minimamente processados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a encapsulação dos antioxidantes naturais compreender as seguintes etapas: a. O que foi obtido na extração do antioxidante natural é misturado numa proporção de 1:1 com polissacarídeos como maltodextrina e goma arábica, ou uma proporção direta de amido de milho ou mandioca, em uma quantidade que substitua a porcentagem de sólidos solúveis medidos com técnicas de refratometria, da solução antioxidante selecionada; a mistura é efetuada a uma velocidade de 500 a 2.000 RPM, a uma temperatura entre 20 a 60 °C por 1 a 3 horas; e b. Homogeneizado a 8.000 a 1.500 RPM por 1 a 15 minutos, para obter o encapsulado, que é armazenado temporariamente a uma temperatura de 5 a 15 °C.

4. Método para a obtenção de uma formulação de nanoemulsão com antioxidantes naturais encapsulados para a conservação de frutas, hortaliças e alimentos minimamente processados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a formação da nanoemulsão com antioxidantes naturais compreender as seguintes etapas: a. Diluição do ácido algínico em água potável, a uma temperatura de 50 a 70 °C, com movimento constante de 500 a 1.500 RPM, por 1 a 3 horas; b. Homogeneização a uma velocidade de 8.000 a 15.000 RPM, por 1 a 15 minutos do ácido algínico em uma solução com a matriz oleaginosa, polissorbato, glicerol e a microemulsão antioxidante; e c. Microfluidização em altas pressões de 100 a 200 MPa, por 3 a 5 ciclos.

5. Método para a obtenção de uma formulação de nanoemulsão com antioxidantes naturais encapsulados para a conservação de frutas, hortaliças e alimentos minimamente processados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a criodessecação da nanoemulsão obtida compreender a concentração da nanoemulsão mediante métodos de criodessecação.

6. Método para a obtenção de uma formulação de nanoemulsão com antioxidantes naturais encapsulados para a conservação de frutas, hortaliças e alimentos minimamente processados, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a criodessecação ser realizada por liofilização, com pressão a vácuo de 0,04 mbar e uma temperatura de -10 a -50 °C.

7. Método para a obtenção de uma formulação de nanoemulsão com antioxidantes naturais encapsulados para a conservação de frutas, hortaliças e alimentos minimamente processados de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os antioxidantes naturais encapsulados proverem os resíduos de frutas, hortaliças e/ou cereais em diferentes combinações, sendo que a formulação obtida é uma fórmula funcional.

8. Método para a obtenção de uma formulação de nanoemulsão com antioxidantes naturais encapsulados para a conservação de frutas, hortaliças e alimentos minimamente processados, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a matriz oleaginosa ser uma combinação de ácidos graxos saturados e monoinsaturados, como o óleo de coco, canola, amêndoas, abacate ou amendoim.

9. Método para a obtenção de uma formulação de nanoemulsão com antioxidantes naturais encapsulados para a conservação de frutas, hortaliças e alimentos minimamente processados, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por, na formulação, o glicerol e o polissorbato serem substituídos por uma quantidade de 1 a 5% de ascorbato de cálcio ou uma combinação 1:1 de ácido ascórbico e ácido cítrico, e o alimento para conservação é uma fruta cortada em condições de refrigeração.

10. Método para a obtenção de uma matriz microemulsionada, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por envolver todo o procedimento descrito, exceto o método de microfluidização.

11. Método para a obtenção de uma formulação de nanoemulsão com antioxidantes naturais encapsulados para a conservação de frutas, hortaliças e alimentos minimamente processados, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por encapsular compostos ativos como proteínas, ácidos graxos, vitaminas e minerais, que foram extraídos de frutas, hortaliças ou cereais.

12. Nanoemulsão obtida pelo método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11 caracterizada por apresentar a seguinte formulação: a. 0,5 a 10% de ácido algínico, de preferência alginato de sódio ou de potássio de fontes naturais, de grau alimentício; b. 0,1 a 10% de matriz oleaginosa com ácidos graxos saturados e/ou monoinsaturados como compostos majoritários; c. 0,1 a 1% de polissorbatos, de preferência manolaurato de sorbitana polioxietinelado ou monoesterato de sorbitana polioxietinelado de grau alimentício; d. 0,5 a 10% de Glicerol líquido ou ésteres de glicerol de colofônia de fontes vegetais naturais, de grau alimentício; e e. 0,2 a 40% de Antioxidantes naturais de resíduos de frutas, hortaliças ou cereais.

13. Nanoemulsão, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por não compreender nem proteínas nem biopolímeros na formulação.

14. Nanoemulsão, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por não apresentar solventes químicos em sua formulação e demonstra baixa toxicidade, sendo que a nanoemulsão é de grau alimentício.

15. Nanoemulsão, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por consistir em uma nanoemulsão concentrada em pó que, ao ser reidratada, mantém todas as propriedades e tamanho de partícula iguais aos da nanoemulsão fluida.

16. Nanoemulsão, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por não compreender polissorbatos em sua formulação, sendo que a nanoemulsão consiste em um insumo para a agricultura orgânica.