Desenvolvimento de biohíbrido à base de antocianina da casca de berinjela (Solanum melongena L.) e Laponita®: estudo da cinética de adsorção/ dessorção, caracterização morfológica e físico-química

Abstract

A antocianina (ACN) é um pigmento de origem natural com potencial aplicação como corante nas indústrias de alimentos. A ACN pode ser obtida de fontes naturais como cascas e polpas de frutas e vegetais de colorações roxas, vermelhas, azuis, a exemplos da uva, jabuticaba, berinjela, batata roxa e tomate. A capacidade de mudança na forma estrutural da ACN na presença luz, temperatura e oxigênio por exemplo, torna o pigmento instável. Uma forma de estabiliza-lo é através da obtenção de um material híbrido de ACN e uma matriz com propriedades adsorventes. Assim, esse estudo tem por objetivo desenvolver e caracterizar um biohíbrido à base de Laponita® e antocianinas da casca da berinjela. As ACNs foram extraídas da casca de berinjela pelo método de extração sólido-líquido. O solvente utilizado foi uma solução aquosa acidificada (ácido clorídrico- HCl 1%) de pH final igual a 1,0. Os ensaios de extração foram realizados em shaker a 35°C por 80 min. Os testes de adsorção foram realizados nas temperaturas de 20, 30 e 40ºC e pH 1-7. Então os modelos isotérmicos de Langmuir e Freundlich e cinéticos de Pseudo-primeira-ordem e Pseudo-segunda-ordem foram ajustados aos dados. A capacidade de dessorção foi estudada em uma solução nas mesmas condições de pH e temperatura do extrato. As caracterizações do biohíbrido ACN-Lap foram feitas pela avaliação da cor, estrutura, composição e comportamento térmico. O extrato obtido apresentou coloração vermelha intensa, com quantidade de ACN total de 64,28 ± 17,49 mg/100 g de casca úmida. Das diferentes condições de adsorção estudadas as melhores foram 20°C e pH 1,0. O mecanismo de adsorção da ACN na Lap foi melhor explicado pelo modelo isotérmico de Langmuir e de cinética de pseudo-primeira ordem, assim, a adsorção da ACN na Lap é classificada como uma adsorção em monocamada e influenciada pelas interações físicas do extrato e da Lap. A Lap tem uma alta taxa de adsorção/dessorção em que 90,70 ± 1,30% da ACN foi adsorvida na Lap e 84,86 ± 7,44 % foram dessorvidos. Após a adsorção, o biohíbrido ACN-Lap em pó apresentou coloração roxa e manteve a característica de mudança de cor com alterações do pH, variando de vermelho a incolor, seguido de azul, verde e por fim o pigmento degradado amarelo. Os resultados apontam que a estrutura do ACN-Lap é amorfa, apresenta aglomerados e tamanho de partícula menor quando comparado a Lap pura que é cristalina com menores aglomerações e maiores tamanhos de partícula. Isso se deve a modificação ácida, proporcionada pela presença do HCl no extrato que levou ao aumento de área superficial e volume dos poros da Lap. Os mesmos resultados ainda apontam que houve a incorporação da ACN nas lamelas da Lap. Ainda a estabilidade térmica do biohíbrido ACN-Lap foi superior as da Lap e M-Lap observado pois, mais temperatura foi necessária para remoção da água incorporada. Com base nesses resultados conclui-se que a Lap pode ser usada para recuperação de pigmentos ricos em ACN, como da casca de berinjela, de forma rápida. Também o biohíbrido ACN-Lap tem potencial aplicação como corante na indústria alimentícia.

Abstract: Anthocyanin (ACN) is a naturally occurring pigment with potential application as a dye in food industries. ACN can be obtained from natural sources such as purple, red, blue fruit and vegetable peels and pulps, such as grapes, jabuticaba, eggplant, red potatoes and tomatoes. The ability to change ACNs structural form in the presence of light, temperature and oxygen, for example, makes the pigment unstable. One way to stabilize it is by obtaining an ACN hybrid material and a matrix with adsorbing properties. Hence, this study aims to develop and characterize a biohybrid based on Laponite® and anthocyanins from eggplant peel. The ACNs were extracted from the eggplant peel by the solid-liquid extraction method. The solvent used was an acidified aqueous solution (1% hydrochloric acid-HCl) with a final pH of 1.0. Extraction tests were performed in shaker at 35°C for 80 min. Adsorption tests were performed at temperatures of 20, 30 and 40ºC and pH 1-7. Then Langmuir and Freundlich isothermal models and Pseudo-first-order and Pseudo-second-order kinetics were fitted to the data. The desorption capacity was studied in a solution under the same pH and temperature conditions of the extract. The characterization of the ACN-Lap biohybrid was made by the evaluation of color, structure, composition and thermal behavior. The extract obtained was intense red in color, with total ACN amount of 64.28 ± 17.49 mg/100 g of wet peel. From the different adsorption conditions studied the best were 20°C and pH 1.0. ACN adsorption mechanism in Lap was better explained by Langmuir isothermal model and pseudo-first order kinetics, therefore, ACN adsorption in Lap is classified as a monolayer adsorption and influenced by the physical interactions of the extract and Lap. Lap has a high adsorption/desorption rate where 90.70 ± 1.30% of ACN was adsorbed on Lap and 84.86 ± 7.44% was desorbed. After adsorption, the ACN-Lap biohybrid powder was purple in color and maintained the characteristic of color change with pH changes, ranging from red to colorless, followed by blue, green and finally the degraded yellow pigment. The results indicate that the ACN-Lap structure is amorphous, has smaller particle size and agglomerates when compared to pure crystalline Lap with smaller agglomerations and larger particle sizes. This is due to the acid modification provided by the presence of HCl in the extract that led to the increase in surface area and pore volume of Lap. Also points out that there was the incorporation of ACN in the layer of Lap. More, the thermal stability of the ACN-Lap bio-hybrid was superior to that of Lap and M-Lap observed because more temperature was required to remove the incorporated water. From these results it can be concluded that Lap can be used to obtain ACN rich pigments such as eggplant peel quickly. And the ACN-Lap biohybrid has potential application as a dye in the food industry.