Formulation and characterization of locust bean bum-based energy hydrogels supplemented with Chlorella vulgaris

Abstract

Nos últimos anos, as microalgas, nomeadamente a espécie Chlorella vulgaris têm ganho uma grande relevância devido ao seu alto teor em compostos bioativos assim como valor nutricional. As microalgas podem crescer sob um conjunto diversificado de condições ambientais e vários sistemas de crescimento têm sido utilizados para isolar e cultivar microalgas. As microalgas podem ser cultivadas em laboratório, ou ao ar livre, e em produção em pequena ou grande escala. Nos últimos anos, foram desenvolvidos vários produtos contendo microalgas em pó e biomassa, nomeadamente massas, emulsões, sobremesas gelificadas e bolachas. A riqueza de compostos bioativos nas microalgas pode contribuir para o desenvolvimento de uma indústria alimentar baseada em algas, focada na produção e utilização de microalgas para produtos alimentícios funcionais inovadores. Os géis energéticos têm vindo a ganhar relevância no mercado, devido a uma tendência crescente da população em aderir a um estilo de vida saudável e praticar exercício físico. Como resultado, o objetivo principal desta pesquisa foi criar hidrogéis energéticos suplementados com Chlorella vulgaris. Esta pesquisa foi dividida em duas partes, sendo uma focada no estágio realizado na empresa Allmicroalgae, abordando os processos de produção e controlo de qualidade das microalgas e a segunda parte sobre a otimização e caracterização destes hidrogéis, esta última focando-se numa avaliação de estabilidade, análise sensorial, avaliação nutricional e determinação da atividade antioxidante. A produção de géis energéticos ricos em nutrientes e eletrólitos requer um componente que conecta a água e forma um colóide chamado hidrocolóide. O hidrocoloide escolhido foi a goma de alfarroba (GA). A GA mostrou alta solubilidade, dispersibilidade, viscosidade e biocompatibilidade com as formulações de gel. Os resultados deste trabalho demostraram que à medida que a concentração de GA aumenta, sua viscosidade aumenta consequentemente. A GA em baixas taxas de cisalhamento apresenta um comportamento Newtoniano e, concluiu-se que uma concentração de 0,6% (p/v) de GA seria a melhor percentagem para as formulações em comparação com determinações de viscosidades de géis energéticos vendidos no mercado. A incorporação de microalgas em produtos alimentares enfrenta vários desafios principalmente devido às suas características organoléticas, incluindo forte cor, sabor e odor. Os atributos sensoriais dos alimentos estão diretamente ligados à aceitação do consumidor, de modo que estratégias alternativas para melhorar a qualidade organolética dos alimentos contendo microalgas incluem a extração dos compostos alvo com a remoção da clorofila. Esse foi o principal motivo da escolha da Honey Chlorella vulgaris em pó para as formulações em gel. Honey Chlorella vulgaris é uma estirpe otimizada e selecionada da Chlorella vulgaris que faz com que esta tenha um menor teor de clorofila. Tornando-se mais agradável para o consumo sendo assim possível adicionar uma quantidade maior e consequentemente aumentar o valor nutricional do produto. Assim, em primeiro lugar, foi escolhida uma formulação de 4% Honey Chlorella vulgaris, após provar a formulação foi decidido adicionar outra formulação com menor percentagem desta microalga (1.5% (p/v)) enquanto todos os outros componentes se mantiveram nas mesmas quantidades. O Carboidrato escolhido foi a maltodextrina que é um carboidrato complexo de fácil absorção, com pouco sabor. É muito popular entre os atletas porque é rapidamente absorvido pelo intestino, repondo os níveis de açúcar no sangue e proporcionando um boost de energia quase instantâneo. Os resultados da avaliação da estabilidade mostraram que os géis mantidos em temperatura ambiente na segunda semana ganharam um odor atípico e apresentaram contaminação bacteriana nos ensaios microbiológicos, indicando que já não se encontravam aptos para consumo. Com estes resultados percebeu-se que era mais benéfico para a conservação do produto adicionar um agente conservante à sua formulação final de forma a prolongara a sua vida útil. Após a avaliação da estabilidade as formulações finais foram estabelecidas, sendo constituídas por 0,6% de goma de alfarroba (hidrocolóide), 50% de maltodextrina (carbohidrato), 0,1% de sorbato de potássio (conservante), 0,2% de NaCl (fonte de eletrólitos), 0,25% de ácido cítrico (controlo de pH) e sabor de limão para disfarçar o sabor das microalgas. Com estas percentagens estabelecidas e para estudar o efeito que a Honey C. vulgaris teve no produto, foram criadas duas formulações, a primeira com 4 % de Honey C. vulgaris, a pensar no valor nutricional do produto, e a segunda com 1,5 % desta microalga, para um sabor mais subtil a pensar na aceitabilidade do sabor pelos consumidores. Em relação à análise sensorial, os participantes avaliaram as formulações até 6, sendo 1-nada agradável e 6- excelente, foram avaliadas as formulações finais e comparadas com um gel energético do mercado. As pontuações das duas formulações (1-6) em relação ao seu cheiro foram de 4 (1.5% HC) e de 3,30 (4% HC), devido ao aroma de limão adicionado, e pontuação foi maior no gel do mercado testado. Em relação à textura, as pontuações variaram entre 3,95 (4% HC) e 4,70 (gel comercial). As pontuações do sabor foram as que mais variaram, sendo que, em relação à formulação 4% HC o resultado foi negativo (2,85) e o a do gel comercial 4,10. Dos três géis avaliados os participantes preferiram o gel do mercado, contudo os resultados foram positivos para a formulação com menor percentagem de microalga (1,5% HC). Em relação há avaliação nutricional, a percentagem média de matéria seca foi de 51,1 ± 0,1% em 1,5% HC e em 4% HC foi de 52,4 ± 0,1%. Em relação às proteínas, a percentagem média de proteína variou de 0,6 ± 0,0 % (1,5% HC) e 1,4 ± 0,0 % (4% HC). A percentagem média de açúcares foi de 50,8 ± 1,84% em 1,5% HC e 56,5 ± 0,7 em 4% HC. Em relação ao teor de lipídios o método não teve sensibilidade suficiente para medir quantidades tão pequenas. Os resultados da avaliação nutricional foram os esperados de acordo com o rótulo dos componentes adicionados e mostraram que a adição das microalgas melhorou o conteúdo nutricional do produto, sendo que a formulação de 4% HC possuiu maior valor nutricional. Comparando estes resultados com os dos rótulos dos géis energéticos do mercado, conclui-se que o conteúdo nutricional de ambas as formulações se encaixa na categoria de géis energéticos para desportistas, garantindo uma formulação adequada para os atletas. Em relação à atividade antioxidante os resultados mostraram atividade de inibição do radical DPPH no extrato de Honey Chlorella vulgaris em diferentes concentrações. Para uma atividade de eliminação de 50%, a concentração de extratos do extrato foi de 2,437 mg/mL. O método DPPH não foi compatível com as amostras devido aos altos níveis de açúcar que precipitaram com a adição de metanol. Conseguimos concluir que ao aumentar a percentagem da microalga o produto tornou-se menos apelativo para o consumidor. Contudo deve-se ter em conta que suplementos para desportistas normalmente tem um paladar pouco apelativo, e quem pratica desporto, consume estes produtos não pelo seu sabor, mas principalmente pelo seu efeito benéfico no organismo. Conclui-se também que os géis energéticos enriquecidos com Honey Chlorella vulgaris podem ser considerados como uma forma alternativa de incluir esta microalga promotora de saúde em suplementos para desportistas. No entanto, é necessário melhorar os desenvolvimentos tecnológicos que possibilitem o aumento dos níveis de incorporação e o desenvolvimento de outros alimentos enriquecidos com esta espécie de microalga. Para trabalhos futuros, seria interessante experimentar diferentes aromas para ver qual disfarça melhor o sabor da microalga. Isso porque o aroma e sabor de muitas microalgas são considerados um dos principais problemas em relação à sua aplicação em produtos alimentares especialmente para aqueles que nunca provaram produtos à base de algas.

In recent times, microalgae have gained relevance due to high content in bioactive compounds as well as nutritional value. Microalgae can grow under a diverse set of environmental conditions. Various growth systems have been used to isolate and cultivate microalgae, in the laboratory, outdoors and in small or large-scale production. In recent years, several products containing microalgae powder and biomass have been developed, namely pastas, emulsions, gelled desserts and biscuits. Energy gels have been gaining relevance in the market, due to a growing tendency of the population to practice physical exercise. As a result, the main goal of this research was to create energy hydrogels supplemented with Chlorella vulgaris. This research was divided into two parts, one focused on the internship carried out at the company Allmicroalgae, addressing the production processes of microalgae, and the second part was about the optimization and characterization of hydrogels supplemented with Chlorella vulgaris this one focused on a stability evaluation, nutritional determination, sensorial analysis, and antioxidant properties. The results of the optimization showed that in relation to the chosen thickening agent (Locust Bean Gum) at low shear rates it exhibits Newtonian behavior. The stability evaluation showed that a preserving agent was needed in the final formulation. After the stability evaluation, the final formulations were settled with 0.6% of LBG, 50% maltodextrin, 0.1% of potassium sorbate, 0.2% of NaCl, 0.25% of citric acid and lemon flavor. To study the effect that Honey C. vulgaris had on the product, two gel formulations were created with 4 % HC thinking about the nutritional value of the product and with 1.5% HC this last one with a more subtle taste, thinking about the acceptability by the consumers. Regarding the addition of microalgae in the hydrogels, their addition improved the nutritional value and mineral content of the product. Regarding the antioxidant activity, the microalgae extract has DPPH radical inhibition activity at different concentrations. For a 50% scavenging activity the extracts concentration of the extract was 2.437 mg/mL. To conclude, energy gels enriched with Honey Chlorella vulgaris can be considered as an alternative way to include these health promoter microalgae in sports supplementation.