Microcápsulas de suco de maracujá (Passiflora edulis f. flavicarpa Deg.) probiótico produzidas pelo método de spray drying

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência dos Alimentos, Florianópolis, 2019. Este trabalho visou primeiramente desenvolver uma nova bebida não láctea funcional em pó, através da microencapsulação por spray drying de suco de maracujá adicionado do microrganismo probiótico Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12, empregando maltodextrina e inulina como agentes encapsulantes. Foram obtidas três formulações de microcápsulas, as quais foram caracterizadas com relação às suas propriedades morfológicas, físico-químicas e tecnológicas (morfologia, tamanho de partícula, densidade aparente e compactada, propriedades de fluxo, higroscopicidade, grau de aglomeração e propriedades térmicas) após o processo de microencapsulação; e quanto à umidade, atividade de água, solubilidade em água e cor ao longo de 30 dias de armazenamento das microcápsulas a 4 e 25 °C. A eficiência de encapsulação foi avaliada com base nas contagens de células viáveis probióticas antes e após o processo de microencapsulação por spray drying. A viabilidade da bactéria probiótica nas microcápsulas também foi avaliada ao longo do período de armazenamento em ambas as temperaturas. Ambos os agentes encapsulantes empregados foram considerados eficientes na proteção das bifidobactérias durante o spray drying, entretanto, o uso de inulina promoveu maior recuperação de células viáveis após o processo de secagem, implicando em maior eficiência de encapsulação. O armazenamento das microcápsulas a 4 °C resultou em uma recuperação das células injuriadas de Bifidobacterium BB-12 durante o processo de spray drying, e a contagem de células viáveis foi mantida acima de 6 log UFC g-1 durante todo período de estocagem. Durante o armazenamento a 25 °C, as microcápsulas elaboradas com maltodextrina apresentaram perdas significativas da viabilidade das bifidobactérias, em contraste com a amostra elaborada somente com inulina, a qual ofereceu melhor proteção à bactéria encapsulada. O uso dos diferentes agentes encapsulantes afetou a morfologia e o tamanho de partícula das microcápsulas. Os índices de Carr e Hausner indicaram que as microcápsulas apresentaram maior compressibilidade e menor capacidade de fluírem. De maneira geral, as microcápsulas produzidas com inulina apresentaram características físico-químicas mais adequadas, tais como menores valores de umidade, atividade de água, e solubilidade em água. Além disso, uma maior estabilidade física das microcápsulas foi alcançada com o uso da inulina, em relação à higroscopicidade e ao grau de aglomeração das partículas, quando submetidas à condição de alta umidade relativa. Foi observado um aumento da luminosidade e, concomitantemente, uma redução do parâmetro b* ao longo do armazenamento para todas as microcápsulas em ambas as temperaturas, porém, mais acentuadamente à 25 °C, provavelmente devido à oxidação dos pigmentos carotenoides. Os resultados das análises termogravimétricas sugeriram que ambos os agentes encapsulantes conferiram estabilidade ao suco de maracujá. Em uma segunda etapa, a viabilidade celular do microrganismo probiótico foi monitorada nas três diferentes formulações de suco de maracujá probiótico microencapsulado durante 30 dias de armazenamento a 4 °C, empregando métodos independentes de cultivo. Um ensaio de PCR quantitativa (qPCR) associada a monoazida de propídio (PMA-qPCR) foi desenvolvido para quantificação de células viáveis de Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12 nas amostras de suco em pó. As células viáveis foram quantificadas usando os ensaios qPCR e PMA-qPCR, e também através do método tradicional de cultivo em placas com meio seletivo. Os valores obtidos pela contagem em placas foram semelhantes aos valores de UFC/g obtidos por PMA-qPCR para todas as amostras, os quais mantiveram-se estáveis e acima de 8 log UFC g-1 durante o período de armazenamento avaliado. Estes resultados demonstraram que a técnica de PMA-qPCR é uma abordagem promissora, rápida e eficiente para quantificação de células viáveis de B. lactis BB-12 em matrizes complexas como as microcápsulas de sucos de maracujá quando comparada com métodos dependentes de cultura. Abstract : This study primarily aimed to develop a new functional non-dairy powdered beverage, through the microencapsulation by spray drying of passion fruit juice added with the probiotic microorganism Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12, using maltodextrin and inulin as encapsulating agents. Three microcapsules formulations were obtained, which were characterized in terms of their morphological, physicochemical and technological properties (morphology, particle size, bulk and tapped densities, flow properties, hygroscopicity, degree of caking and thermogravimetric properties) after microencapsulation process; and in relation to moisture content, water activity, water solubility and color throughout 30 days of storage at 4 and 25 °C. The encapsulation efficiency was evaluated based on probiotic viable cell counts before and after the microencapsulation by spray drying. The viability of the probiotic bacteria in the microcapsules was also evaluated during the storage period at both temperatures. Both encapsulating agents were considered efficient in the protection of bifidobacteria during spray drying, however, the use of inulin promoted a better recovery of viable cells after the drying process, implying in greater encapsulation efficiency. The storage of the microcapsules at 4 °C resulted in a recovery of injured Bifidobacterium BB-12 cells during the spray drying process, and the viable cell counts were maintained above 6 log CFU g-1 over the entire storage period. During storage at 25 °C, microcapsules made with maltodextrin showed significant losses of bifidobacteria?s viability, in contrast with the sample made only with inulin, which offered better protection to the encapsulated bacteria. The use of different encapsulating agents affected the morphology and particle size of microcapsules. Carr and Hausner indexes indicated that the microcapsules obtained in this study presented higher cohesion and compressibility, with poor ability to flow freely. In general, microcapsules produced with inulin presented more adequate physicochemical characteristics, such as lower values for moisture content, water activity and water solubility. In addition, greater physical stability of the microcapsules was achieved by the use of inulin, in relation to the hygroscopicity and the degree of caking, when samples were submitted to a high relative humidity condition. An increase in luminosity was observed and, concurrently, a reduction of the parameter b* throughout the storage for all microcapsules at both temperatures, but more markedly at 25 °C, probably due to carotenoid oxidation. The results of thermogravimetric analyses suggested that both encapsulating agents conferred greater stability to passion fruit juice. In a second stage, the cell viability of the probiotic microorganism was monitored in the three different formulations of microencapsulated probiotic passion fruit juice during 30 days of storage at 4 °C, by using culture-independent methods. A quantitative PCR assay (qPCR) coupled with propidium monoazide (PMA-qPCR) was developed for quantification of viable cells of Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12 in the powdered juice samples. Viable cells were quantified using the qPCR and PMA-qPCR assays, also through the traditional plate count method with selective medium. The values obtained by plate count were similar to the CFU g-1 values obtained by PMA-qPCR, for all samples, which remained stable and above 8 log CFU g -1 during the evaluated storage period. These results demonstrated that PMA-qPCR technique is a promising, rapid and efficient approach for quantifying viable B. lactis BB-12 cells in complex matrices such as passion fruit juice microcapsules, compared with culture-dependent methods.