Casca de manga 'Tommy Atkins' como fonte de carotenoides: uma abordagem integrada de extração, encapsulamento e aplicação como corante natural

Abstract

A manga (Mangifera indica L.) e seus co-produtos são ricos em carotenoides, corantes naturais amarelo/laranja, promissores para substituir corantes artificiais em alimentos. Este trabalho teve como objetivo aproveitar a casca da manga 'Tommy Atkins' para a obtenção de carotenoides, utilizando solventes e técnica alternativos ao da extração convencional, além de encapsulá-los por co-cristalização com sacarose e edulcorantes, e aplicá-los em gelatina com função corante/adoçante. A casca da manga fresca foi caracterizada quanto a acidez, sólidos solúveis, cor e carotenoides totais. A casca foi seca em estufa com circulação de ar e moída. Os carotenoides da casca seca foram extraídos empregando LIs e etanol (razão sólido-líquido 1:3, em ultrassom de banho, 50 ºC/ 20 minutos), realizando-se três extrações consecutivas nestas condições, para a escolha do solvente que possibilitasse maior teor de carotenoides. O extrato de carotenoides obtido com o melhor solvente (etanol) foi encapsulado por co-cristalização, utilizando como encapsulantes sacarose (CAE) e os edulcorantes sacarina (CSE) e xilitol (CXE). Os co-cristais foram caracterizados quanto a morfologia (MEV), umidade, aw, FTIR, DSC e DRX, e cor durante 42 dias de armazenamento (temperatura ambiente/escuro). Os co-cristais foram aplicados como corante natural/adoçante em gelatina, obtendo-se: amostra com 100% de co-cristais de sacarose (GAC), amostra reduzida em açúcares, contendo 25% de co-cristais de sacarina e 75% de co-cristais de sacarose (GSA), e amostra com 100% de co-cristais de xilitol (GXI), sendo os pós avaliados durante 42 dias e as amostras prontas para servir por 7 dias. O etanol foi mais eficiente para extração, sendo utilizado para a obtenção dos carotenoides. Sacarose (51,86%) e xilitol (51,80%) apresentaram maior eficiência de encapsulamento (p < 0,05) quando comparados à sacarina (50,62%). As micrografias demonstraram presença de aglomerados com superfície porosa, sugerindo aprisionamento dos carotenoides nos co-cristais. A umidade variou de 0,22 a 1,37% entre os co-cristais, enquanto a aw variou de 0,5870 a 0,6776. Os co-cristais de sacarose (CAE) e sacarina (CSE) mantiveram a luminosidade (L*) estável, enquanto CXE apresentou redução (p < 0,05), todos próximos a 100. O parâmetro a* aumentou em CAE e CXE, aproximando-se do vermelho, enquanto CSE tendeu ao verde. O parâmetro b* reduziu em CAE e CSE, enquanto CXE manteve-se estável. Os espectros FTIR mostraram que os co-cristais preservaram a matriz, mas com deslocamento e ampliação de bandas devido aos carotenoides. A DSC revelou novos picos endo e exotérmicos, evidenciando sua influência. DRX indicou a formação de uma rede cristalina, com manutenção e adição de picos nas matrizes. A gelatina contendo co-cristais de sacarose (GAC) apresentou menor variação de cor no armazenamento. No 3º dia em refrigeração, todas as amostras prontas para servir apresentaram E* < 2 (exceto GSA), indicando alteração de cor perceptível com observação atenta. No 7° dia, todas as gelatinas prontas para servir com co-cristais de carotenoides, apresentaram E* < 4,69. A extração com etanol em ultrassom, a co-cristalização e aplicação bem-sucedida dos co-cristais de carotenoides da casca da manga em gelatina foram demonstradas, evidenciando o potencial desse ingrediente inovador como corante natural e fonte de açúcar ou de adoçante.

Abstract: The mango (Mangifera indica L.) and its by-products are rich in carotenoids, natural yellow/orange pigments with promising potential to replace artificial food colorants. This study aimed to utilize the peel of 'Tommy Atkins' mango to obtain carotenoids using alternative solvents and extraction techniques compared to conventional methods, followed by encapsulation via co-crystallization with sucrose and sweeteners, and their application in gelatin as a dual-purpose coloring/sweetening agent. Fresh mango peel was characterized for acidity, soluble solids, color, and total carotenoid content. The peel was dried in a forced-air oven and ground. Carotenoids from the dried peel were extracted using ionic liquids and ethanol (solid-liquid ratio 1:3, in an ultrasonic bath at 50°C for 20 minutes), with three consecutive extractions performed under these conditions to select the solvent yielding the highest carotenoid content. The carotenoid extract obtained with the most effective solvent (ethanol) was encapsulated by co-crystallization using sucrose (CAE), saccharin (CSE), and xylitol (CXE) as encapsulating agents. The co-crystals were characterized for morphology (SEM), moisture content, water activity (aw), FTIR, DSC, XRD, and color stability over 42 days of storage (ambient temperature/dark). The co-crystals were applied as natural colorants/sweeteners in gelatin, resulting in: a sample with 100% sucrose co-crystals (GAC), a reduced-sugar sample containing 25% saccharin co-crystals and 75% sucrose co-crystals (GSA), and a sample with 100% xylitol co-crystals (GXI). The powders were evaluated over 42 days, and the ready-to-serve samples were assessed for 7 days. Ethanol proved more efficient for extraction and was used to obtain the carotenoids. Sucrose (51.86%) and xylitol (51.8%) exhibited higher encapsulation efficiency (p < 0.05) compared to saccharin (50.62%). SEM micrographs revealed agglomerates with porous surfaces, suggesting carotenoid entrapment within the co-crystals. Moisture content ranged from 0.22% to 1.37% across the co-crystals, while aw varied from 0.5870 to 0.6776. Sucrose (CAE) and saccharin (CSE) co-crystals maintained stable lightness (L*), while xylitol co-crystals (CXE) showed a reduction (p < 0.05), all close to 100. The a* parameter increased in CAE and CXE, shifting toward red, while CSE tended toward green. The b* parameter decreased in CAE and CSE but remained stable in CXE. FTIR spectra indicated that the co-crystals preserved the matrix structure, with band shifts and broadening due to carotenoids. DSC analysis revealed new endothermic and exothermic peaks, highlighting their influence. XRD confirmed the formation of a crystalline network, with retention and addition of peaks in the matrices. Gelatin containing sucrose co-crystals (GAC) exhibited the least color variation during storage. On the third day of refrigeration, all ready-to-serve samples showed ??* < 2 (except GSA), indicating color changes perceptible only with close observation. By the seventh day, every ready-to-serve gelatins with carotenoid co-crystals exhibited E* < 4.69. The successful extraction of carotenoids using ethanol in an ultrasonic bath, their co-crystallization, and application in gelatin were demonstrated, highlighting the potential of this innovative ingredient as a natural colorant and source of sugar or sweetener.