Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10451/16081
Título: Estudo de compostos bioactivos e vitaminas de plantas aromáticas e sua aplicação em embalagens alimentares activas
Autor: Reis, Ana Rita dos Santos, 1991-
Orientador: Dias, Deodália Maria Antunes, 1952-
Silva, Ana Sanches
Palavras-chave: Plantas aromáticas
Antioxidantes
Alecrim
Embalagem de alimentos
Teses de mestrado - 2014
Data de Defesa: 2014
Resumo: Os lípidos desempenham um papel fundamental na qualidade de determinados alimentos, nomeadamente no que se refere às propriedades organolépticas, tais como o sabor, a textura e a cor, que os tornam atraentes ao consumidor. A oxidação lípidica é a principal causa responsável pelo desenvolvimento de sabores e odores desagradáveis nos alimentos, tornando-os impróprios para consumo. Além disso também pode provocar alterações que irão afectar a qualidade nutricional, como a redução do valor nutricional, a perda de vitaminas e de ácidos gordos polinsaturados, afectando a integridade e segurança dos alimentos, devido à formação de compostos potencialmente tóxicos que podem ser prejudiciais à saúde humana. Este fenómeno ocorre, maioritariamente, durante o processamento, distribuição, armazenamento e preparação final dos alimentos. A oxidação pode ser inibida através de vários métodos, nomeadamente pelo uso de embalagens apropriadas para cada tipo de alimento. A embalagem separa o alimento do meio ambiente, sendo indispensável para a conservação da qualidade alimentar. A principal função das embalagens é a prevenção da deteorização, nomeadamente a protecção dos alimentos contra as espécies reactivas de oxigénio (ROS), vapor de água, luz ultravioleta (UV) e contaminação microbiológica. Outras funções igualmente importantes são a informação aos consumidores acerca dos produtos embalados e a preservação da forma e textura do alimento. As embalagens alimentares são uma das áreas mais inovadoras no desenvolvimento de novos produtos, apresentando um crescente interesse a nível industrial. Recentemente, a investigação e desenvolvimento neste campo estão direccionados para o tipo de materiais utilizados, nomeadamente materiais activos e inteligentes, assim como, materiais de embalagens biodegradáveis. As embalagens activas têm várias funções adicionais em relação às embalagens convencionais, que estão limitadas a proteger os alimentos de factores externos. A embalagem activa é definida como aquela que, para além de exercer um papel fundamental na preservação dos alimentos, interage com o produto. Entre as embalagens activas, encontram-se as embalagens activas com antioxidantes naturais, que se baseiam na incorporação de substâncias antioxidantes a filmes plásticos ou outros materiais destinados a entrar em contacto com os alimentos, de forma a proteger os alimentos da degradação ao inibir as reacções de oxidação. Um composto ou substância química que inibe a oxidação ou, quando presente em baixa concentração comparada à do substrato oxidável, diminui ou inibe significativamente a oxidação do mesmo, denomina-se antioxidante. Os antioxidantes podem ser classificados como naturais ou sintéticos, sendo que o seu uso em alimentos deve cumprir certos requisitos, sendo um deles garantir a segurança dos consumidores. Os antioxidantes sintéticos são bastante utilizados na indústria alimentar devido ao baixo custo, alta estabilidade e eficácia. Os principais antioxidantes sintéticos são: butil-hidroxianisol (BHA), butil-hidroxitolueno (BHT), terc-butil-hidroxiquinona (TBHQ), e propil galato (PG). Tendo em conta que, o consumo de antioxidantes sintéticos está associado a efeitos adversos para a saúde humana, estes estão gradualmente a ser substituídos por antioxidantes naturais. Os extractos de plantas aromáticas e especiarias, como o alecrim, o tomilho, o orégão, a salva ou a canela, são uma fonte de antioxidantes naturais, que cumprem com o requisito da segurança alimentar, apresentando um elevado interesse para a indústria. As plantas aromáticas são actualmente estudadas pelo seu grande interesse e benefícios terapêuticos. Estes benefícios dependem em grande parte de alguns compostos bioactivos e vitaminas que, em termos gerais, estão presentes em todas as plantas aromáticas. No presente estudo, numa primeira parte, analisaram-se diversas plantas aromáticas (frescas e secas) – alecrim, cebolinho, coentro, estragão, louro, manjericão, manjerona, orégão, poejo, rosmaninho, salsa, salva e tomilho – de forma a estudar o seu teor em compostos bioactivos, nomeadamente em carotenóides, compostos fenólicos e vitaminas C e E. Para tal, recorre-se à Cromatografia Líquida de Ultra Eficiência acoplada a um detector de díodos (UHPLC-DAD). Das plantas aromáticas consideradas no estudo de compostos fenólicos, o tomilho seco foi a planta aromática que apresentou a maior diversidade deste tipo de compostos, apresentando elevadas quantidades de timol, ácido rosmarínico e ácido carnósico. Entre as plantas estudadas, esta foi a que apresentou maior quantidade de carotenóides, nomeadamente luteína e zeaxantina. O alecrim seco também apresentou grande diversidade de compostos fenólicos, nomeadamente ácido rosmarínico, ácido carnósico e carnosol e vitamina E. Quanto ao estudo do teor em vitamina C em plantas aromáticas (frescas), verificou-se que a salsa fresca apresentou os valores mais elevados de ácido ascórbico e ácido desidroascórbico e, consequentemente, de vitamina C total, entre as plantas incluídas neste estudo. As plantas aromáticas estudadas podem ser consideradas boas fontes de compostos bioactivos e vitaminas C e E o que estende o seu potencial de aplicação para as indústrias de cosmética, farmacêutica e de embalagens alimentares, além da indústria alimentar, devido à sua actividade antioxidante. Assim, o consumo de plantas aromáticas deve ser incentivado e promovido, dados os potenciais efeitos benéficos para a saúde humana. Numa segunda parte do presente estudo, é feita a optimização de um extracto de uma das plantas aromáticas analisadas, o alecrim, que é posteriormente incorporado em matrizes poliméricas com o objectivo de obter embalagens activas antioxidantes. O alecrim é autorizado como aditivo alimentar pela Directiva 2010/69/EU da Comissão e é uma fonte de antioxidantes naturais com possível aplicação em embalagens activas. A sua actividade antioxidante é atribuída ao grande número de compostos fenólicos presentes, com destaque para os diterpenos (o ácido carnósico e o carnosol), e os ácidos rosmarínico e cafeico. Nesta segunda parte do estudo, o objectivo principal foi caracterizar o extracto de alecrim, avaliando a sua capacidade antioxidante e, posteriormente, incorporar o mesmo em diferentes matrizes políméricas e estudar a capacidade antioxidante dos novos filmes activos com extracto de alecrim. Para tal, realizaram-se extractos secos de alecrim, etanólicos e acetónicos, e avaliou-se a sua capacidade antioxidante através do sistema de inibição do radical DPPH, teste de Folin-Ciocalteu, testes dos flavonóides totais e ensaio do branqueamento do β-caroteno. Para todos os ensaios, verificou-se que o extracto etanólico apresentou maior capacidade antioxidante que o acetónico. A capacidade antioxidante do extracto de alecrim foi também comparada à dos antioxidantes sintéticos BHA e BHT, no qual se verificou que a capacidade antioxidante do extracto etanólico é superior à capacidade antioxidante do BHT. Para a avaliação da capacidade antioxidante dos filmes activos procedeu-se ao sistema de inibição do radical DPPH, ao teste de Folin-Ciocalteu e ao ensaio do branqueamento do β-caroteno, tal como no extracto de alecrim. Estes ensaios não foram conclusivos para determinar qual dos três tipos de filme analisados (uma matriz não biodegradável, a poliolefina de baixa densidade-LDPE- e duas matrizes biodegradáveis, o ácido poliláctico – PLA – e a policaprolactona- PCL) apresentou maior capacidade antioxidante, concluindo apenas que os filmes com extracto acetónico apresentam maior capacidade antioxidante comparativamente aos filmes com extracto etanólico. Realizaram-se também ensaios de migração, nos quais se verifica, que dos três tipos de filmes activos utilizados, o que apresentou maior migração dos três principais compostos fenólicos presentes no alecrim foi o PCL com extracto acetónico incorporado. Realizou-se também um ensaio para determinar a eficácia do filme em minimizar a oxidação lipídica, escolhendo-se a amêndoa tostada como matriz teste e realizando-se o ensaio dos peróxidos, e verifica-se que existe uma tendência para a adição de extracto antioxidante aos filmes atenuar a oxidação lipídica. Assim, foi possível verificar que a incorporação extracto de alecrim a embalagens alimentares activas, aumenta a capacidade antioxidante dos filmes. Tendo em conta as diversas vantagens que estas embalagens apresentam para o consumidor comparativamente às embalagens convencionais, é evidente a necessidade de continuar a investigação nesta área e avaliar a eficácia das novas embalagens em contacto com diversos tipos de alimentos.
Lipids play an important role in the quality of certain foods, particularly as regards organoleptic properties such as taste, texture and color that make them attractive to the consumer. The lipid oxidation is the main cause responsible for the development of unpleasant tastes and odors in foods, making them unfit for consumption. Furthermore, it can also cause changes that will affect the nutritional quality, such as reduced nutritional value, the loss of vitamins and polyunsaturated fatty acids, which affect the integrity and safety of the food due to the formation of potentially toxic compounds which may be harmful to human health. It mainly occurs during processing, distribution, storage and final preparation of food. The oxidation can be inhibited by various methods, including the use of appropriate type of food containers. The package separates the food from the environment and it is essential to the preservation of food quality. The primary function of packaging is to prevent deterioration, namely the protection of food against reactive oxygen species (ROS), water vapor, ultraviolet light (UV) and microbiological contamination. Other functions also important are the information to consumers about packaged products and preserving the shape and texture of food. Food packaging is one of the most innovative areas in the development of new products, presenting a growing interest at industrial level. Recently, research and development in this field are focused on the type of materials used, including active materials and intelligent, as well as biodegradable packaging materials. The active packaging has several additional features compared to conventional packaging, which are limited to protect food from external conditions. The active packaging is defined as the one that, besides plays a key role in the preservation of food, interacts with the product. Among the active packaging, are the active packages with natural antioxidants, which are based on the incorporation of antioxidants to plastic films or other materials intended to contact with food, in order to protect food from oxidative degradation by inhibiting oxidation reactions and, consequently, increasing its shelf life. A chemical compound or substance that inhibits oxidation or, when present at low concentrations compared to the oxidizable substrate significantly decreases or inhibits oxidation, called antioxidant. The antioxidants can be classified as synthetic or natural, and their use in foodstuffs must meet certain requisites, one being the safety for human health. Synthetic antioxidants are widely used in the food industry due to low cost, high stability and efficacy. The main synthetic antioxidants are butylated hydroxyanisole (BHA), butylated hydroxytoluene (BHT), tert-butyl hydroxyquinone (TBHQ) and propyl gallate (PG). Once synthetic antioxidants may cause problems for human health, these are gradually be replaced by natural antioxidants. Extracts of herbs and spices such as rosemary, thyme, oregano, sage and cinnamon, are a source of natural antioxidants, which meet the requirement of food security, with a high interest for the food industry. Aromatic herbs are currently studied for their higher interest and therapeutic benefits. These benefits are largely dependent on a few vitamins and bioactive compounds, in general, are present in all herbs. In the present study, in a first part, we analyzed various herbs (fresh and dried) - rosemary, chives, cilantro, tarragon, bay leaf, basil, marjoram, oregano, pennyroyal, rosemary, parsley, sage and thyme - in order to study its content of bioactive compounds, in particular carotenoids, phenolic compounds and vitamins C and E. To this end, we used Ultra Performance Liquid Chromatography coupled to a resolution diode array detector (DAD-UHPLC). Among the aromatic herbs considered in the study of phenolic compounds, dried thyme was the aromatic herb with the highest diversity of this type of compounds, presenting high amounts of thymol, rosmarinic acid and carnosic acid. This aromatic herb also had the highest amount of carotenoids, especially lutein and zeaxanthin. The dried rosemary also showed a large variety of phenolic compounds, especially in rosmarinic acid, carnosol and carnosic acid and vitamin E. As regards the study of the vitamin C content in herbs (fresh), it was found that fresh parsley presents the highest values of ascorbic acid and dehydroascorbic acid and hence total vitamin C, between the plants included in this study. The studied herbs can be considered good sources of bioactive compounds and vitamins C and E which extends its potential application in the industries of cosmetic, pharmaceutical and food packaging, besides the food industry due to its antioxidant activity. Thus, the consumption of aromatic herbs should be encouraged and promoted, given the potential beneficial effects on human health. The second part of this study is made the optimization of an aromatic herb extract, rosemary, which is subsequently incorporated in polymer matrices in order to obtain active packaging with antioxidant properties. The rosemary is authorized as a food additive under Directive 2010/69 / EU of the Commission and is a source of natural antioxidants with possible application in active packaging. Its antioxidant activity is attributed to the large number of phenolic compounds, especially to diterpenes (carnosic acid and to carnosol), and rosmarinic and caffeic acids. In this second part of the study, the main objective was to characterize the rosemary extract, assessing their antioxidant capacity, and subsequently incorporate it into different polymer matrices and study the antioxidant capacity of new active films with rosemary extract. To this end, there were made dried extracts of rosemary, ethanolic and acetonic, and evaluated their antioxidant capacity through inhibition of the DPPH radical system, the Folin-Ciocalteu assay, testing of total flavonoids and testing the bleaching β- carotene assay. For all this tests, it is found that the ethanolic extract had a higher antioxidant capacity than acetonic extract. The antioxidant activity of rosemary extract was also compared with the synthetic antioxidants BHA and BHT, which demonstrated that the antioxidant activity of the ethanolic extract is similar to the BHA antioxidant capacity and greater than BHT antioxidant capacity. For the evaluation of the antioxidant capacity of the films was carried assets to the inhibition of DPPH system, the Folin-Ciocalteu reagent test and the β-carotene bleaching assay, as in the rosemary extract. These tests were inconclusive to determine which of the three types of analysis film (non-biodegradable matrice, the low-density polyolefin – LDPE - and two biodegradable matrices – acid poly(lactic) - PLA and poly(caprolactone)- PCL) showed higher antioxidant capacity, concluding only that the acetonic extract films presents higher antioxidant capacity compared to films with ethanolic extract. We also performed migration assays, in which it appears that among the three types of active films used, the one which showed greater migration of three major phenolic compounds present in rosemary was the PCL with acetonic extract. We have also performed an assay to determine the effectiveness of the film to minimize lipid oxidation, choosing the roasted almond as a test matrix, and performing the peroxide assay, and it appears that there is a trend for the addition of the antioxidant extract to films attenuates lipid oxidation. We conclude that the incorporation of natural antioxidants in active food packaging increases the antioxidant capacity of the films. Given the many advantages of this packaging feature for consumers, compared to conventional packaging, is clearly the requirement to continue research in this area and evaluate the effectiveness of new packaging in contact with various types of food.
Descrição: Tese de mestrado. Biologia (Biologia Humana e Ambiente). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014
URI: http://hdl.handle.net/10451/16081
Designação: Mestrado em Biologia (Biologia Humana e Ambiente)
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