The functional and technological potential of guabiroba fruit (Campomanesia xanthocarpa O.Berg) and its application in dairy products and innovative foods using by-products with a focus on the use of emerging technologies

Abstract

A guabiroba (Campomanesia xhantocarpa O. Berg) é uma fruta nativa brasileira com uma composição nutricional em destaque para os altos teores de compostos bioativos, como vitamina C, carotenoides e compostos fenólicos. No entanto, por se tratar de uma fruta regional, sua aplicação é muito limitada a pequenos produtores rurais e não explorada pelo setor industrial. Como a adição de frutas em produtos lácteos possui um bom histórico de aceitação sensorial e o mercado consumidor atual está sempre em busca de alimentos funcionais, este trabalho teve como objetivo adicionar polpa e suco de guabiroba em produtos lácteos fermentados e desenvolver novos produtos a partir dos resíduos de processo e aplicação de tecnologias emergentes. A adição de 10% polpa de guabiroba em iogurtes probióticos adicionados de cepas de Bifidobacterium animalis ssp. lactis-BB12, promoveu um aumento da contagem das células probióticas (8 - 9 log UFC g-1) em etapas do cólon intestinal, em uma simulação gastrointestinal in vitro. Essa alta contagem de células viáveis, somada a altos teores de compostos fenólicos totais e atividade antioxidante durante toda a etapa gástrica, pode caracterizar os compostos bioativos da guabiroba como potenciais agentes prebióticos e protetores para as bactérias lácteas. Uma bebida láctea fermentada probiótica também foi produzida a partir do soro de leite, um subproduto da indústria de lácteos, concentrado pelo processo de crioconcentração em blocos. Esta tecnologia emergente, com provada eficiência no setor de laticínios, permite obter produtos líquidos concentrados com a utilização de baixas temperaturas e mantém os compostos naturais altamente termolábeis, sendo uma alternativa viável aos processos tradicionais de concentração. Com a adição de 10% de polpa de guabiroba em soro lácteo concentrado (do segundo estágio da crioconcentração) adicionado de culturas termofílicas (Lactobacillus acidophilus LA-5, Bifidobacterium sp. BB-12 e Streptococcus thermophilus), houve contagens de células viáveis > 8 log UFC g-1, caracterizando um produto inédito com potencial probiótico. A adição da polpa de guabiroba também promoveu um aumento de 164% para teores de carotenoides e 1,61 vezes mais compostos fenólicos comparada a uma bebida controle. O processo de crioconcentração também foi eficiente para concentrar os teores de compostos bioativos de suco de guabiroba obtido por prensagem a frio. Esta técnica torna-se muito eficaz para a extração do suco sem adição de calor, o que preserva todos os compostos nutricionais e sensoriais originais da fruta. Com uma eficiência de processo elevada para o primeiro estágio da crioconcentração em blocos (75,73%), o suco concentrado obteve um aumento de 173% para compostos fenólicos totais e 561% para teores de carotenoides. Assim, ao adicionar na proporção de 15% em iogurtes naturais, o suco crioconcentrado promoveu um aumento de 4556% para fenóis totais, assim como aumento em, aproximadamente, 226% para os teores de carotenoides, 2991% para vitamina C e perfil mineral (Ca, K, Mg e Na) de 140 ? 225%, o que também contribuiu para um aumento significativo da atividade antioxidante de 440 ? 883%. A adição do suco concentrado de guabiroba em formulações de iogurte potencializa a propriedade funcional do alimento com a preservação da maioria dos compostos bioativos durante a prensagem a frio associada com a crioconcentração. Subprodutos de processos também podem ser aplicados em outros produtos alimentícios, com seu reaproveitamento e aumento do valor agregado. Durante os estágios de crioconcentração, a fração de gelo não é usualmente aplicada em produtos. No entanto, ao crioconcentrar o suco de guabiroba, significantes teores de compostos bioativos ficaram retidos nas frações de gelo. Assim, uma bebida carbonatada foi produzida com a adição da fração de gelo residual com elevados teores de compostos funcionais (151,3% a mais de compostos fenólicos do que a bebida controle,295,8% a mais em atividade antioxidante,168% a mais nos teores de carotenoides e 159% superior em vitamina C), contribuindo para o reaproveitamento dos subprodutos de um processo e agregando valor funcional ao produto. Portanto, este trabalho de potencial inovação e ineditismo visou expandir o conhecimento sobre a guabiroba para os setores acadêmico e industrial, tanto no desenvolvimento de produtos quanto na concentração de seus compostos bioativos. Assim, futuramente, a produção e comercialização do fruto da guabiroba pode expandir para escala industrial, sendo possível incentivar a aplicação de tecnologias emergentes não térmicas no processamento dos frutos, mantendo as propriedades naturais e melhorando a composição dos futuros produtos desenvolvidos.

Abstract: Guabiroba (Campomanesia xhantocarpa O. Berg) is a native Brazilian fruit with a nutritional composition highlighted by the high levels of bioactive compounds, such as vitamin C, carotenoids, and phenolic compounds. However, as it is a regional fruit, its application is very limited to small rural producers and has not been explored by the industrial sector. As the addition of fruits in dairy products has a good history of sensory acceptance and the current consumer market is always looking for functional foods, this work aimed to add guabiroba pulp and juice in fermented dairy products, with the application of emerging technologies and reuse of process by-products. The addition of 10% guabiroba pulp in probiotic yogurts added with strains of Bifidobacterium animalis ssp. lactis-BB12, promoted an increase in probiotic cell count (8 - 9 log CFU g-1) in gut steps in an in vitro gastrointestinal simulation. This high viable cell count, added to the high levels of total phenolic compounds and antioxidant activity throughout the gastric steps, may characterize the bioactive compounds of guabiroba as potential prebiotic and protective agents for lactic bacteria. A probiotic fermented lactic beverage was also produced from whey, a by-product of the dairy industry, concentrated by the block freeze concentration process. With proven efficiency in the dairy sector, this emerging technology allows obtaining concentrated liquid products at low temperatures. It keeps natural compounds highly thermolabile, a viable alternative to traditional concentration processes. With the addition of 10% guabiroba pulp in whey concentrate (from the second stage of freeze concentration) added with thermophilic cultures (Lactobacillus acidophilus LA-5, Bifidobacterium sp. BB-12 and Streptococcus thermophilus), there were viable cell counts > 8 log CFU g-1, featuring an unprecedented product with probiotic potential. Adding guabiroba pulp also promoted a 164% increase in carotenoid contents and 1.61 times more phenolic compounds than a control beverage. The freeze concentration process also efficiently concentrated the levels of bioactive compounds in guabiroba juice obtained by cold pressing. This technique becomes very effective for extracting juice without adding heat, which preserves all the fruit's original nutritional and sensory compounds. With a high process efficiency for the first stage of block freeze concentration (75.73%), the concentrated juice increased by 173% for total phenolic compounds and 561% for carotenoid contents. Thus, when adding 15% to yogurts, the concentrated juice promoted an increase of 4,556% for total phenols, as well as an increase of approximately 226% for carotenoid contents, 2,991% for vitamin C and profile mineral (Ca, K, Mg, and Na) of 140 ? 225%, which also contributed to a significant increase in antioxidant activity of 440 ? 883%. The addition of concentrated guabiroba juice in yogurt formulations enhances the functional property of the food by preserving most of the bioactive compounds during cold pressing associated with freeze concentration. Process by-products can also be applied to other food formulations, with their reuse and increased added value. The ice fraction is not usually applied to products during the freeze concentration stages. However, in the freeze concentration of guabiroba juice, significant amounts of bioactive compounds were retained in the ice fractions. Thus, a carbonated beverage was produced with the residual ice fraction with high levels of functional compounds (151.3% more phenolic compounds than the control beverage, 295.8% more antioxidant activity, 168% more carotenoid content, and 159% higher for vitamin C), contributing to the reuse of by-products from a process and adding functional value to the product. Therefore, this potential innovation and unique work aimed to expand knowledge about guabiroba to the academic and industrial sectors, both in product development and in the concentration of its bioactive compounds. Thus, in the future, the production and commercialization of the guabiroba fruit can expand to an industrial scale, making it possible to encourage the application of emerging non-thermal technologies in the processing of the fruits, maintaining the natural properties and improving the composition of the future products developed.