dissertação

Elaboração e caracterização de emulsões com óleo de pequi estabilizadas por proteína de ervilha e carboximetilcelulose

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Resumo

As emulsões à base de proteínas têm se destacado como alternativas promissoras aos sistemas convencionais estabilizados por surfactantes artificiais, especialmente diante da crescente demanda da indústria alimentícia por ingredientes naturais e rótulos limpos. O óleo de pequi (Caryocar brasiliense), abundante no Cerrado brasileiro, é rico em compostos bioativos, como carotenoides, ácidos graxos insaturados e compostos fenólicos, os quais conferem propriedades antioxidantes e anti-inflamatórias. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver e caracterizar emulsões do tipo óleo em água (O/A) para a encapsulação do óleo de pequi, visando à proteção de seus compostos bioativos. Para a estabilização dos sistemas, foram empregadas a proteína isolada de ervilha (PE) e o complexo proteína– carboximetilcelulose (PE–CMC). O estudo foi conduzido em duas etapas. Inicialmente, as emulsões foram otimizadas por meio de um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR 2²), considerando as concentrações de PE e de CMC como variáveis independentes, e a estabilidade centrífuga (EC), o índice de atividade e estabilidade emulsificante (EAI), o ângulo de contato (AC) e a qualidade da homogeneização como variáveis resposta, com o objetivo de maximizar a estabilidade do sistema. Na etapa seguinte, foi aplicado um Delineamento Inteiramente Casualizado (DIC) em esquema fatorial 5 × 2, avaliando-se o efeito do pH (3, 4, 5, 6 e 7) e do tipo de estabilizante (PE e PE–CMC) sobre o comportamento das emulsões. Na primeira etapa, as formulações ótimas corresponderam a emulsões contendo 3,41% de PE e 3,41% de PE combinada com 0,5% de CMC. Na etapa seguinte, os resultados evidenciaram uma interação significativa entre o pH e o tipo de estabilizante, influenciando diretamente a estabilidade do sistema. As emulsões estabilizadas apenas com PE apresentaram elevada instabilidade física, caracterizada por floculação acentuada e separação de fases, especialmente nos pHs 4, 5 e 6, em decorrência da baixa solubilidade da proteína nessas condições. Em contraste, as emulsões PE–CMC apresentaram maior estabilidade ao longo da faixa de pH avaliada, com manutenção da integridade do sistema, embora tenha sido observada separação de fases nos pHs 3 e 4, atribuída à formação de complexos insolúveis. Esse desempenho superior foi associado à combinação dos mecanismos de estabilização eletrostática e estérica promovidos pela CMC, resultando em uma barreira interfacial mais robusta. As emulsões PE–CMC também demonstraram maior eficiência na retenção dos compostos bioativos do óleo de pequi, embora essa eficiência tenha sido afetada pelo pH, de forma semelhante aos demais sistemas. O ciclo de congelamento e descongelamento foi a única condição de estresse na qual as emulsões PE–CMC não apresentaram desempenho satisfatório. Conclui-se que os sistemas estabilizados com PE e PE–CMC constituem estratégias eficazes para melhorar a estabilidade e a funcionalidade de emulsões contendo óleo de pequi, com comportamento dependente do pH, promovendo a proteção dos compostos bioativos frente a estresses ambientais e de processamento.

Abstract

Protein-based emulsions have emerged as promising alternatives to conventional systems stabilized by artificial surfactants, especially given the growing demand from the food industry for natural ingredients and clean labels. Pequi oil (Caryocar brasiliense), abundant in the Brazilian Cerrado, is rich in bioactive compounds such as carotenoids, unsaturated fatty acids, and phenolic compounds, which confer antioxidant and anti-inflammatory properties. In this context, the present work aimed to develop and characterize oil-in-water (O/W) emulsions for the encapsulation of pequi oil, aiming at the protection of its bioactive compounds. Pea protein isolate (PE) and the protein-carboxymethylcellulose complex (PE-CMC) were used to stabilize the systems. The study was conducted in two stages. Initially, the emulsions were optimized using a Central Composite Rotational Design (CCRD 2²), considering the concentrations of PE and CMC as independent variables, and centrifugal stability (CS), emulsifier activity and stability index (EAI), contact angle (CA), and homogenization quality as response variables, with the aim of maximizing system stability. In the next step, a Completely Randomized Design (CRD) in a 5 × 2 factorial scheme was applied, evaluating the effect of pH (3, 4, 5, 6, and 7) and the type of stabilizer (PE and PE–CMC) on the behavior of the emulsions. In the first step, the optimal formulations corresponded to emulsions containing 3.41% PE and 3.41% PE combined with 0.5% CMC. In the next step, the results showed a significant interaction between pH and the type of stabilizer, directly influencing the stability of the system. Emulsions stabilized solely with PE exhibited high physical instability, characterized by pronounced flocculation and phase separation, especially at pH 4, 5, and 6, due to the low solubility of the protein under these conditions. In contrast, PE–CMC emulsions showed greater stability across the evaluated pH range, maintaining system integrity, although phase separation was observed at pH 3 and 4, attributed to the formation of insoluble complexes. This superior performance was associated with the combination of electrostatic and steric stabilization mechanisms promoted by CMC, resulting in a more robust interfacial barrier. PE–CMC emulsions also demonstrated greater efficiency in retaining the bioactive compounds of pequi oil, although this efficiency was affected by pH, similarly to the other systems. The freeze-thaw cycle was the only stress condition in which PE–CMC emulsions did not perform satisfactorily. It is concluded that systems stabilized with PE and PE-CMC constitute effective strategies to improve the stability and functionality of emulsions containing pequi oil, with pH-dependent behavior, promoting the protection of bioactive compounds against environmental and processing stresses.

Descrição

Área de concentração

Engenharia de Alimentos

Linha de pesquisa

Desenvolvimento de processos na indústria de alimentos

Agência de desenvolvimento

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DOI

Citação

SIMÕES, Mateus Vinícius Carvalho. Elaboração e caracterização de emulsões com óleo de pequi estabilizadas por proteína de ervilha e carboximetilcelulose. 2026. 136 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Alimentos) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2026.

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