Nature Bioative Food - Desenvolvimento de produtos e ingredientes alimentares bioativos através de recursos agrícolas endógenos portugueses para uma alimentação saudável

Entidade líder do projeto: I & TEC-CAPS - INNOVATION & TECHNOLOGY ENCAPSULATION SOLUTIONS, LDA

Responsável pelo projeto: João Nunes

Site do projeto: http://blc3.pt/projects.php

Área do plano de ação: Frutas e produtos hortícolas transformados

Parceiros:

AGRITÁBUA-COOPERATIVA AGRÍCOLA DO CONCELHO DE TÁBUA, C.R.L; ASSOCIAÇÃO BLC3 - CAMPUS DE TECNOLOGIA E INOVAÇÃO; COOPERATIVA AGRÍCOLA DE ALFÂNDEGA DA FÉ CRL; FREDERICO MANUEL DE OLIVEIRA CARVALHAO; INSTITUTO DE BIOLOGIA EXPERIMENTAL E TECNOLÓGICA-IBET; UNIVERSIDADE CATÓLICA PORTUGUESA; VOZ DA NATUREZA LDA

Prioridade do FEADER: P3A) aumento da competitividade dos produtores primários mediante a sua melhor integração na cadeia agroalimentar através de regimes de qualidade, do acrescento de valor aos produtos agrícolas, da promoção em mercados locais e circuitos de abastecimento curtos, dos agrupamentos e organizações de produtores e das organizações interprofissionais;

Identificação do problema ou oportunidade que se propõe abordar:

Os consumidores procuram cada vez mais alimentos saudáveis e naturais. Nos dias de hoje, o grau de exigência é tão elevado, que além de produtos saudáveis e clean label (sem aditivos), os consumidores solicitam produtos naturais em que consigam identificar os ingredientes e/ou reconhecer a sua origem. Outro requisito é que os produtos alimentares se adaptem às suas necessidades e/ou exigências e que confiram benefícios adicionais em termos nutricionais e para a saúde (antioxidante, antihipertensivo, etc.). Em resposta às necessidades dos consumidores produtos com ingredientes naturais à base de plantas e seus extratos têm surgido cada vez mais no mercado, principalmente em snacks e bebidas. A elevada aceitabilidade destes produtos tem gerado uma crescente investigação e inovação na área de ingredientes vegetais. Contudo, os ingredientes à base de plantas e dos seus extratos têm sido principalmente obtidos a partir de espécies não endógenas (ex.: ginseng e hibisco), não sendo exploradas fontes vegetais endógenas portuguesas como as frutas tradicionais (ex.: refugos ou fruta com calibre de maçã bravo de Esmolfe, cereja e o marmelo) e plantas aromáticas (ex.: rosmaninho e hortelã-menta). As espécies vegetais endógenas portuguesas apresentam uma composição nutricional e rica em compostos bioativos que tem vindo a ser explorada e comprovada cientificamente, mas que não tem sido devidamente valorizada no contexto do mercado alimentar A oportunidade identificada prende-se com a falta de valorização dos recursos agroflorestais endógenos portugueses, que são recursos importantes de propriedades bioativas e com perfis sensoriais novos e não existentes nos mercados atuais. Nesse sentido, na presente iniciativa pretende-se a identificação e conhecimento de compostos da flora endógena portuguesa para a produção de complementos bioativos e sensoriais para aplicação em contexto alimentar de base natural.

Objetivos visados:

O principal objetivo da presente iniciativa consiste no desenvolvimento de concentrados naturais para padrões de consumo saudável à base de extratos, ricos em propriedades bioativas e em novos perfis sensoriais, através da valorização de recursos agroflorestais à base de fruta de refugo ou de baixo calibre (1) maçã bravo de Esmolfe, (2) marmelo, (3) cereja Saco e plantas aromáticas como (4) hortelã-menta e (5) rosmaninho. Um dos principais propósitos da presente iniciativa é garantir a aceitabilidade sensorial dos produtos desenvolvidos a partir dos extratos, porque o consumidor atual procura alimentos saudáveis e naturais, mas que também lhe proporcionem satisfação e prazer sensorial, permitindo assim garantir o desenvolvimento de novas utilizações com capacidade de diferenciação no mercado. Além disso, para o presente grupo operacional é essencial garantir a bioatividade dos produtos desenvolvidos, de modo a assegurar os benefícios e alegações nutricionais asseverados aos consumidores.

Os objetivos específicos são:

1. Otimização dos processos de extração para as diferentes matérias-primas a explorar tendo em conta a necessidade de valorização e escoamento agrícola;

2.Conceção de extratos vegetais bioativos com diferentes alegações nutricionais tendo em conta os atributos sensoriais para aplicação alimentar;

3. Realização de ensaios de bioatividade (químicos, enzimáticos e celulares) para avaliação do efeito benéfico para a saúde e possíveis alegações de saúde dos concentrados desenvolvidos e após aplicação alimentar;

4. Obtenção de novos produtos na área de ingredientes/aditivos naturais com aplicação em diferentes áreas de processamento alimentar.

Os objetivos apresentados permitirão que numa fase pós-Iniciativa se aplique a tecnologia dos extratos/concentrados desenvolvidos em diferentes produtos alimentares e a partir de diferentes subprodutos agrícolas e florestais, permitindo que diferentes produções agrícolas (e até florestais) e indústrias agroalimentares tenham também a possibilidade de aplicar os resultados da iniciativa e, assim, aumentar a sua competitividade e valorização.

Sumário do plano de ação:

O plano de ação apresenta as seguintes fases:

Fase 1 – Otimização do processo de extração para obtenção de extratos com atividade biológica melhorada a partir de recursos vegetais endógenos para aplicação alimentar. 1.1. Recolha das amostras de recursos vegetais endógenos No decorrer desta tarefa serão recolhidas as matérias-primas, nomeadamente as frutas (1) maçã Bravo de Esmolfe; (2) marmelo; (3) cereja Saco e as plantas aromáticas (4) hortelã-menta e (5) rosmaninho. Posteriormente, será efetuado o armazenamento destas matérias-primas de modo a minimizar as perdas de compostos bioativos das matrizes alimentares. 1.2. Estabelecimento dos recursos vegetais endógenos (hortelã-menta e rosmaninho) para produção das ervas aromáticas. Para a obtenção de material vegetal para a extração de compostos bioativos, a Voz da Natureza será a entidade responsável pela colheita e estabelecimento dos recursos vegetais endógenos (rosmaninho e hortelã). 1.3. Otimização do processo de extração

Fase 2 – Avaliação da bioatividade dos extratos obtidos através de ensaios químicos, enzimáticos e celulares. A presente fase tem como objetivo identificar e caracterizar os compostos que constituem cada extrato. Adicionalmente, será avaliada o potencial bioativo de cada extrato, recorrendo a métodos químicos, enzimáticos e celulares, no sentido de prever que extratos apresentam maior qualidade e possuem as propriedades pretendidas.

Fase 3 – Desenvolvimento dos concentrados funcionais a partir dos extratos obtidos.

Fase 4 – Análise da bioatividade e estabilidade dos concentrados funcionais desenvolvidos para comprovação das alegações nutricionais.

Tarefa 5.1. Análise das propriedades organoléticas conferidas pelos protótipos de concentrados funcionais selecionados Tarefa 5.2. Prova de conceito dos protótipos selecionados com base na sua bioatividade estabilidade e propriedades sensoriais

Fase 6 - Promoção e divulgação da Iniciativa e dos respetivos resultados. Na fase 6 o grupo operacional tenciona promover e divulgar os resultados da Iniciativa, tanto a nível nacional como internacional. Tarefa 6.1. Participação em feiras do setor e congressos/conferências científicas Todo o processo e desenvolvimento será alvo de promoção e divulgação, de modo a que todo o conhecimento adquirido seja partilhado junto da comunidade científica e dos prescritores deste tipo de solução, tanto a nível nacional como internacional. Tarefa 6.2. Disseminação escrita dos resultados através da divulgação online e escrita de artigos para revistas do setor e científicas

Fase 7 - Gestão Técnica Esta fase corresponde à gestão e coordenação de todas as fases inerentes à Iniciativa. Tarefa 7.1- Gestão Técnica Esta atividade decorrerá ao longo de todo o projeto e tem como finalidade a gestão e coordenação das atividades inerentes ao mesmo.

Pontos de situação / Resultados:

O plano de ação da Iniciativa Nature Bioactive Foods é constituído por 6 fases, em que a Fase 1 diz respeito à otimização do processo de extração para obtenção de extratos com atividade biológica melhorada a partir de recursos vegetais endógenos para aplicação alimentar; a Fase 2 é referente à avaliação da bioatividade dos extratos obtidos através de ensaios químicos, enzimáticos e celulares; a Fase 3 consiste no desenvolvimento dos concentrados funcionais a partir dos extratos obtidos; a Fase 4 tem o propósito de analisar a bioatividade e estabilidade dos concentrados funcionais desenvolvidos para comprovação do seu valor nutricional; a Fase 5 propõe-se a realizar prova de conceito e análise sensorial dos concentrados funcionais desenvolvidos e, por último a Fase 6 corresponde à promoção e divulgação de resultados. A execução da fase 1 e 2 foi concluída no ano de 2019 e a fase 3 encontra-se em desenvolvimento. As fases 4 e 5 só podem ser executadas após a conclusão da fase 3. Todavia, já foi realizada toda a pesquisa e preparação de procedimentos experimentais para validar a bioatividade e o perfil sensorial dos concentrados funcionais a obter na tarefa 3.1. Design dos protótipos de concentrados funcionais, para que assim que possível se aplicarem de imediato.

Através dos resultados obtidos na Fase 1 do projeto em apreço concluiu-se quais seriam os métodos de extração menos e mais eficientes para a obtenção de extratos com atividade biológica melhorada a partir dos recursos endógenos, maçã Bravo de Esmolfe, marmelo, cereja Cova da Beira, Lavandula pedunculata e hortelã-menta. Assim, para a maçã Bravo de Esmolfe o método menos eficiente foi a extração assistida por ultrassons com etanol:água (50:50 %) e o mais eficiente foi a extração assistida por microondas com etanol:água (50:50 %). No que respeita ao marmelo, a técnica de extração menos eficiente foi a extração assistida por microondas com etanol:água (50:50 %) e a mais eficiente foi a extração assistida por ultrassons com etanol:água (70:30 %). Em relação à cereja Cova da Beira o processo de extração menos eficiente foi a maceração à T= 65 °C e agitação com etanol:água (50:50 %) e o mais eficiente foi a extração assistida por microondas com etanol:água (50:50 %). No que respeita às plantas Lavandula peduculata e hortelã-menta a técnica de extração que revelou ser menos eficiente foi a hidrodestilação. Pelo contrário, o método de extração mais eficiente foi a maceração a T= 65 °C e agitação com etanol:água (70:30 %) para a Lavandula pedunculata e a extração assistida por ultrassons com etanol:água (50:50 %) para a hortelã-menta.

De acordo com os resultados obtidos na Fase 2, determinaram-se quais as técnicas de extração executadas na fase 1 mais eficazes, isto é, que conferem mais magnitude da bioatividade/ capacidade de produzir um efeito aos extratos obtidos a partir dos recursos endógenos em estudo na presente Iniciativa. Neste sentido, concluiu-se o seguinte:

O teor de compostos fenólicos totais nos extratos de maçã Bravo de Esmolfe variou entre 2823,86 e 4697,98 mg EAG/g extrato seco. O extrato H2O:EtOH (50:50 %), 80 °C apresentou o valor de teor de compostos fenólicos mais elevado (4697,99 ± 655,77 mg EAG/g extrato seco) contudo, este é estatisticamente igual (p>0,05) ao extrato microondas, H2O:EtOH(50:50 %) (4436,75 ± 324,64 mg EAG/g extrato seco). O extrato H2O (100 %) (2870,83 ± 236,43 mg EAG/g extrato seco), H2O:EtOH(50:50 %) (2944,90 ± 300,80 mg EAG/g extrato seco) e Ultrassons,H2O:EtOH(50:50 %) (2823,87 ± 206,48 mg EAG/g extrato seco) não apresentam diferenças significativas entre si (p>0,05). O extrato EtOH (100 %) apresentou o valor mais baixo de teor de compostos fenólicos totais (2289,19 ± 149,90 mg EAG/g extrato seco). Assim, é possível concluir que com a extração a 80 °C com H2O:EtOH(50:50 %) se obtém o extrato com maior teor de compostos fenólicos totais e atividade antioxidante para todas as frações de maçã Bravo de Esmolfe (completa, polpa e casca).Através do método de HPLC-DAD identificaram-se os principais compostos nos extratos de maçã Bravo de Esmolfe: flavonóides e ácidos fenólicos, que incluí ácido clorogénico, epicatequina, catequina, procianidina B2, florentina, quercetina glicósidos, floridzina, vitamina C, kaempferol, procianidina B1, ácido cafeico, ácido p- Comárico, ácido ferúlico.
Os extratos de marmelo que apresentaram os valores mais elevados de teor de compostos fenólicos totais, extração assistida por microondas e extração assistida por microondas, são aqueles que apresentaram os valores de atividade antioxidante melhores nos dois métodos analisados. Contudo, o extrato obtido por extração assistida por ultrassons apresenta os valores mais elevados (ABTS˚: 47,6 ± 5,01 mg EAA/g extrato seco e DPPH˚: 49,16 ± 3,52 mg ET/g extrato seco) (p<0.05).Através do método de HPLC-DAD identificaram-se os principais compostos nos extratos de marmelo: caffeoylquinic acids (ácido neoclorogénico, ácido clorogénico, ácido cryptoclorogénico, p-coumaroylquinic acid e ácido p-coumarico), procianidinas e quercetinas.
Para a cereja Cova da Beira, o extrato H2O:EtOH(50:50 %), 65 °C apresentou o valor mais elevado de antocianinas totais (27,9 ± 1,8 mg equivalente de cianidina-3-glucósido/g de extrato seco), seguido do extrato Microondas,H2O:EtOH(50:50 %). Os restantes extratos apresentaram valores estatisticamente iguais de antocianinas totais. De acordo com os resultados até ao momento obtidos pode-se concluir que para os extratos de cereja Cova da Beira verificou-se que a melhor extração é recorrendo ao uso do microondas e utilizando como solvente (etanol:água) (50:50 %).
Observou-se que o teor de compostos fenólicos totais nos extratos de Lavandula pedunculata variou entre 162,86 ± 6,05 e 183,67 ± 17,82 mg AGE/g extrato seco não apresentando diferenças estatisticamente significativas entre os diferentes métodos de extração (p<0,05). A atividade antioxidante avaliada pelo método ABTS não revelou diferenças estatisticamente significativas entre os diferentes métodos de extração (p<0,05). Contudo, o extrato obtido por maceração com temperatura e agitação, EtOH:H20 (50:50 %) e o extrato obtido por extração assistida de microondas, EtOH:H20 (50:50 %) apresentaram valores superiores de atividade antioxidante pelo método DPPH revelando conseguir extrair maior conteúdo de compostos fenólicos lipofílicos.Através do método de HPLC-DAD identificaram-se os principais compostos nos extratos na Lavandula pedunculata: ácido rosmarínico, ácido cafeico, ácido p-coumárico, luteolina, eriodictiol e ácido sangerínico. Para efeitos de quantificação os extratos vão ser diluídos 1,5 vezes uma vez que o ácido rosmarinico e a luteolina estão numa concentração fora a linearidade da curva de calibração. Pela análise dos cromatogramas é possível verificar que os extratos não apresentam diferenças nos compostos individuais, mas no sinal apresentado (uns apresentam maior concentração que outros).

De acordo com o referido, concluiu-se que o extrato com recurso a maceração com temperatura e agitaçãp, EtOH:H20 (50:50 %) e o extrato a microondas, EtOH:H20 (50:50 %) apresentaram os valores mais promissores de teor de compostos fenólicos totais e atividade antioxidante. Contudo, numa primeira análise dos perfis de compostos individuais o extrato microondas, EtOH:H20 (50:50 %) apresentou maior teor dos principais compostos desta planta aromática que estão já reportados pelas suas atividades biológicas.

Observou-se que o teor de compostos fenólicos totais nos extratos de hortelã-menta (Mentha sueaveolens) variou entre 37,73 ± 1,72 e 380,15 ± 15,30 mg AGE/g extrato seco. O extrato obtido por microondas, EtOH:H2O (50:50 %) apresentou o valor de teor de compostos fenólicos mais elevado (380,15 ± 15,30 mg EAG/g extrato seco). Os extrato obtido pelo método de ultrassons, EtOH:H2O (0:100 %) e por maceração com temperatura e agitação, EtOH:H2O (0:100 %) apresentaram o valor mais baixo de compostos fenólicos (p>0,05). Através do método de HPLC-DAD identificaram-se os principais compostos nos extratos Mentha suaveolens: ácido rosmarinico, eriocitrin, luteolin-7-glucoside, naringenin glucoside, apigenin, ácidos caffeoylquinics, ácido cafeico, isorhoifolin, eriodictyol.

Analisando o método de extração mais eficiente (Fase 1) e o mais eficaz (Fase 2) conseguiu-se selecionar o que possui melhor rendimento e o que permite obter extratos com maior bioatividade. Importa referir que para a seleção do método também se teve em conta a facilidade de reprodutibilidade industrial. Posto isto, para a produção de extratos com atividade biológica melhorada a partir da maçã Bravo de Esmolfe o método selecionado foi a maceração à temperatura de 80 °C com agitação, utilizando como solvente uma hidroetanólica (50:50 %). Apesar de ter sido a extração assistida por microondas EtOH:H2O (50:50 %) o que apresentou melhor rendimento não teve diferença significativa do método de maceração e, este último será mais fácil replicar para a escala industrial.

Em relação à produção de extratos de marmelo com atividade biológica melhorada, a técnica selecionada foi utrassons com mistura hidroetanólica (70:30 %).

No caso da produção de extratos de cereja Cova da Beira com melhor rendimento e mais propriedades funcionais o melhor método foi a extração assistida por microondas com mistura hidroetanólica (50:50 %).

Relativamente à produção de extratos a partir de Lavandula pedunculata com maior bioatividade e rendimento, a técnica de extração selecionada foi temperatura de 65 °C com mistura hidroetanólica (50:50 %).E, por fim, para a produção de extratos de hortelã-menta com atividade biológica o método que se selecionou foi microondas com mistura hidroetanólica (50:50 %).

Após a seleção dos métodos prosseguiu-se para a fase 3, desenvolvimento em concentrados funcionais, a partir dos extratos de recursos endógenos em estudo, e começou-se a produzir os extratos em massa para se testarem as formulações previamente elaboradas. De momento, o consórcio encontra-se a concluir a Fase 3. É de salientar que o concentrado funcional que vai resultar do projeto Nature Bioactive Foods será apresentado sob a forma líquida, visto que sob a forma sólida iria encarecer muito o produto e além disso como os extratos (principalmente, os de fruta) contêm muitos açúcares iriam cristalizar muito e, neste sentido teria de se encontrar um agente que impedisse isso. Os principais ingredientes que fazem parte das formulações que se estão a testar são o xarope composto, extrato com atividade biológica melhorada, ácido cítrico, maltodextrina e goma xantana.Em relação à Fase 6, Promoção e Divulgação de Resultados, participou-se em 7 congressos/ conferências resultando 4 posters e 3 apresentações orais. Adicionalmente, já foi aprovado um artigo na revista Sustainability (Vilas-Boas, A., Campos, D., Nunes, C., Ribeiro, S., Nunes, J., Oliveira, A., Pintado, M., 2020. Valorisation of non-compliant Portuguese sweet cherries towards novel antioxidant extract. Sustainability, 12(4):5556.) e foram submetidos recentemente dois artigos, um na revista Plants (Vilas-Boas, A., Oliveira, A., Ribeiro, T., Ribeiro, S., Nunes, C., Gómez-García, R., Nunes, J., Pintado, M. (2021) Valorisation of non-compliant apples towards the development of natural antioxidant extracts. Plants (submetido)) e outra na revista Innovative Food Science and Emerging Technologies (De la Peña Armada, R.; Bronze, R.; Matias, A.; Mateos-Aparicio, I. (2021) “Supercritical CO2 recovers triterpenic bioactive compounds from apple by-product that protect human keratinocytes against ROS”. Innovative Food Science and Emerging Technologies. (submetido))

Este GO foi apresentado no Agri-Innovation Summit 2017. O póster apresentado pode ser visto aqui.

Documentos: