Otimizando o processo de secagem a vácuo de polifenóis, flavanóis e ensaio de eliminação de radicais DPPH em casca de vagem e casca de feijão de cacau

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13900 (2023) Citar este artigo

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O objetivo deste estudo foi otimizar diferentes condições de secagem a vácuo para casca de vagem de cacau e casca de grão de cacau, a fim de valorizar esses subprodutos para aplicações comerciais. Para realizar a otimização, aplicou-se a metodologia de superfície de resposta utilizando um delineamento experimental Box-Behnken com 15 experimentos para os quais foram estabelecidas diferentes condições de temperatura (X1), tempo de secagem (X2) e pressão de vácuo (X3). As variáveis ​​respostas foram o teor de polifenóis totais, o teor de flavonóides e a atividade sequestradora de radicais avaliada nos extratos dos diferentes experimentos. Temperatura (50–70 °C), tempo de secagem (3–12 h) e pressão de vácuo (50–150 mbar) foram considerados variáveis ​​independentes. Os principais fatores que afetaram as variáveis ​​de resposta foram a temperatura, seguida pela pressão de vácuo. Para o teor de polifenóis, os valores ótimos de resposta previstos para a casca da vagem de cacau foram de 11,17 mg GAE/g com limite de confiança (95%) de 9,05 a 13,28 mg GAE/g (condições ótimas: 65 °C, 8 h e 75 mbar), enquanto para a casca do cacau o cacau foi de 29,61 mg GAE/g com um limite de confiança (95%) de 26,95 a 32,26 mg GAE/g (condições ótimas: 50 °C, 5 h e 100 mbar). Portanto, os resultados deste estudo sugerem um alto teor de compostos fenólicos obtidos a partir desses subprodutos que apresentam relevância como ingredientes funcionais para aplicação nas indústrias alimentícia, nutracêutica e cosmecêutica.

O cacau (Theobroma cacao L.) é um recurso vegetal de grande importância econômica para as principais regiões produtoras do mundo. Nibs, licor, cacau em pó e manteiga de cacau são obtidos durante o processamento primário, enquanto os subprodutos obtidos durante o pré-processamento e processamento são cascas de vagem de cacau e casca de grãos de cacau1, 2. A produção estimada de grãos de cacau (2020/2021) segundo a Organização Internacional do Cacau (ICCO) é de cerca de 5.240 mil toneladas3. Desta produção, apenas um décimo será utilizado para a produção de licor, manteiga, bolo ou cacau em pó, enquanto a biomassa restante (80 a 90%) é descartada como subproduto (incluindo casca de vagem de cacau, casca de grãos de cacau, mucilagem e placenta)4. A casca do grão de cacau gerada durante o processo de torra representa entre 10 e 17% do peso total do grão de cacau5. A recuperação de subprodutos do cacau na perspectiva da economia circular é essencial para promover a cadeia de valor e mitigar os impactos ambientais. Neste contexto, a promoção de modelos inovadores utilizando a casca da vagem do cacau e a casca da amêndoa do cacau para a produção de componentes bioativos (carboidratos, fibra alimentar, proteínas, polissacarídeos, polifenóis, minerais, etc.), bem como na aplicação em produtos alimentícios de alto valor agregado (bebidas, chocolates, geléias, óleos, embutidos, etc.), e para produção de biocombustíveis (biocarvão, bioetanol, biogás, bioóleos, etc.) são altamente valorizados6,7,8 .

Várias classes de polifenóis foram identificadas na vagem e na casca do cacau, incluindo procianidinas, flavonóis, flavonóis, ácidos fenólicos9, 10. Na casca do cacau, as principais classes de polifenóis são os ácidos fenólicos, incluindo ácido glucônico, ácido homovanílico, glicosídeo de ácido vanílico, etc. .10. Esses compostos presentes nos subprodutos do cacau apresentam diversos efeitos biológicos2. Dentre as biofuncionalidades da casca do cacau, ela é postulada como agente antibacteriano, inibindo a atividade contra Streptococcus mutans11. Rossin et al.12 relataram efeito preventivo contra danos associados à integridade intestinal decorrentes de reações oxidativas/inflamatórias. Os resultados deste estudo relatam que provavelmente o responsável pela proteção contra os efeitos adversos é o seu alto teor de compostos fenólicos. Vários autores relataram que extratos de casca e vagem de cacau apresentam atividade antioxidante in vitro através de ensaios DPPH (2,2-difenil-1-picrilhidrazil), ABTS (2,2ʹ-azino-di-(3-etilbenzotiazolina)) -6-sulfônico ácido) e FRAP (poder antioxidante redutor férrico)13, 14. Além disso, os polifenóis da casca do cacau são capazes de inibir a produção de espécies reativas de oxigênio, protegendo as células do estresse oxidativo pela indução de peróxido de hidrogênio nas células endoteliais da veia umbilical humana14. Na literatura científica, tem sido relatada a utilização de subprodutos do cacau obtidos durante o pré-processamento (fava do cacau) e processamento (casca do cacau). A abordagem para a utilização desses subprodutos baseia-se no fortalecimento da cadeia de valor e na utilização de seus componentes bioativos como ingredientes para alimentos funcionais, nutracêuticos e cosmecêuticos15. Um processo prévio para a recuperação de componentes bioativos é a estabilização da matéria-prima através de diferentes condições de secagem, como secagem ao sol, secagem em estufa com ar forçado, secagem a vácuo, secagem por infravermelho, secagem por microondas, etc.13. Os métodos de secagem de subprodutos apresentam vantagens e desvantagens durante o processo de secagem. A remoção de água das matrizes alimentares é um processo complexo que afeta drasticamente o conteúdo de componentes bioativos, nutrientes e propriedades sensoriais, especialmente a forma, a cor, o aroma e a consistência dos produtos desidratados16, 17. Da maioria dos métodos de secagem, a secagem com ar forçado é amplamente conhecido e amplamente utilizado como método de baixo custo para a produção industrial de alimentos desidratados a partir de frutas, vegetais, sementes, nozes e amêndoas18. Além disso, a utilização de tecnologias convencionais durante a secagem tem um impacto negativo no rendimento global e afeta a qualidade do produto acabado19. Por outro lado, a secagem a vácuo é considerada uma tecnologia alternativa em comparação aos métodos convencionais que utilizam temperaturas mais elevadas, portanto a secagem a vácuo poderia promover a conservação dos componentes bioativos presentes nos alimentos20. Por exemplo, o impacto do processo de secagem nas antocianinas e fenóis incolores nos subprodutos da vinificação é altamente variável, em comparação com a liofilização, que é menos drástica para as antocianinas e fenóis incolores21. No entanto, os processos de liofilização não são muito lucrativos para a indústria de processamento de alimentos devido aos longos tempos e aos elevados custos do processo22. Por exemplo, os resultados da secagem a vácuo da beterraba a 50 ° C e 150 mbar nas propriedades funcionais foram comparáveis ​​à liofilização .