Development of sustainable technologies for the preparation of nanoemulsions based on carotenoids with interest in the food and cosmetic areas

Abstract

O tomate é um produto muito rico em licopeno, um pigmento que tem vindo a chamar cada vez mais a atenção dos consumidores, devido ao seu papel na prevenção de várias doenças. Para aumentar a sua aplicabilidade nas indústrias alimentar e cosmética é necessário encontrar tecnologias sustentáveis que visem não só aumentar a eficiência dos processos de extração, como também melhorar a estabilidade e biodisponibilidade deste pigmento. Os principais objetivos desta tese foram desenvolver métodos mais sustentáveis para isolar o licopeno de fontes vegetais acessíveis e sustentáveis, caracterizar os extratos obtidos, proceder à sua incorporação em nanoemulsões e avaliar a sua estabilidade e atividade antioxidante. As extrações foram realizadas com solventes orgânicos e óleo de girassol, usando extração tradicional e assistida por ultrassom (EAU). Na extração com óleo de girassol e EAU durante 10 min, obteve-se maior quantidade de licopeno quando se usou 0,05 – 0,15 % (m/m) de polpa de tomate liofilizada. Para concentrações de 0,2 – 0,25 % (m/m) de polpa de tomate liofilizada, verificou-se que é suficiente usar apenas 5 min de EAU. No caso da extração por solventes orgânicos, concluiu-se que o melhor método para extração do licopeno envolve o uso de 0,05 % (m/m) de polpa de tomate liofilizada numa mistura de hexano, etanol e acetona (com as proporções de 2:1:1) com EAU por 5 min. Verificou-se também que o uso de acetona na presença de agentes desidratantes facilita a extração do licopeno quando se parte de polpa não-liofilizada. Foi ainda otimizada a cristalização do licopeno a partir de polpa liofilizada. Estes cristais e os extratos obtidos com óleo de girassol e 5 min de EAU foram caracterizados como trans-licopeno. O licopeno obtido com óleo de girassol e acetona foi emulsificado e caracterizado. Ambas as nanoemulsões conseguiram manter boas características por 14 dias e foram mais estáveis quando armazenadas em refrigeração e protegidas da luz. Os testes antioxidantes DPPH e ABTS mostraram que as nanoemulsões carregadas com licopeno extraído com óleo de girassol obtiveram valores superiores às nanoemulsões carregadas com licopeno extraído com solventes orgânicos. Este trabalho permitiu explorar metodologias para a extração e emulsificação de licopeno, com um elevado potencial para ser usado no desenvolvimento de novos produtos na indústria alimentar e cosmética.

Tomato is a product very rich in lycopene, a pigment that has increasingly attracted the attention of consumers, due to its role in preventing various diseases. To increase its applicability in the food and cosmetic industries, it is needed to find sustainable technologies that aim not only to increase the efficiency of extraction processes, but also to improve the stability and bioavailability of this pigment. The main objectives of this thesis were to develop more sustainable methods to isolate lycopene from accessible and sustainable plant sources, characterize the extracts obtained, incorporate them into nanoemulsions and evaluate their stability and antioxidant activity. Extractions were carried out with organic solvents and sunflower oil, using traditional and ultrasound-assisted extraction (EAU). In the extraction with sunflower oil and UAE for 10 min, a greater amount of lycopene was obtained when using 0.05 – 0.15 % (m/m) of freeze-dried tomato pulp. For concentrations of 0.2 – 0.25 % (m/m) of freeze-dried tomato pulp, it has been found that it is sufficient to use just 5 min of UAE. In the case of extraction using organic solvents, it was concluded that the best method for extracting lycopene involves the use of 0.05 % (m/m) of freeze dried tomato pulp in a mixture of hexane, ethanol and acetone (with ratio of 2:1:1) with UAE for 5 min. It was also found that the use of acetone in the presence of dehydrating agents facilitates the extraction of lycopene when starting from non-lyophilized pulp. The crystallization of lycopene from freeze-dried pulp was also optimized. These crystals and the extracts obtained with sunflower oil and 5 min of UAE were characterized as trans-lycopene. Lycopene obtained with sunflower oil and acetone was encapsulated and characterized. Both nanoemulsions managed to maintain good characteristics for 14 days and were more stable when stored under refrigeration and protected from light. DPPH and ABTS antioxidant tests showed that nanoemulsions loaded with lycopene extracted with sunflower oil obtained higher values than nanoemulsions loaded with lycopene extracted with organic solvents. This work allowed exploring strategies for the extraction and encapsulation of lycopene, with a high potential for use in the development of new products in the food and cosmetics industry.