Cyclodextrins inclusion to stabilise multicomponent guests of plant origin

Abstract

A inclusão em ciclodextrinas (CDs) de hóspedes multi-componente, tais como óleos essenciais e extratos de plantas, é um tema atual e útil para uma série de aplicações nas indústrias alimentar, cosmética e farmacêutica. No presente trabalho foram estudados dois destes sistemas, tendo por hóspedes o óleo essencial de Cistus ladanifer e uma mistura de gingerois extraídos de rizoma fresco de gengibre. A composição do óleo essencial de C. ladanifer foi estudada por GC-MS, tendo-se identificado 94,3% dos seus componentes e determinado a massa molecular aproximada em 143,7 g.mol-1. O óleo foi usado para formar complexos de inclusão com as ciclodextrinas beta e gama. A identificação dos componentes do óleo incluídos preferencialmente em cada CD foi feita por extração com clorofórmio e análise por GC-MS, tendo-se observado inclusão preferencial de compostos de maior peso molecular na ciclodextrina beta, enquanto a ciclodextrina gama incluiu compostos de menor peso molecular. Os complexos de inclusão foram analisados no estado sólido por espectroscopia de infravermelho (FTIR), {1H} 13C CP-MAS RMN e difração de raios X de pós (PXRD), postulando-se empacotamento em canal para ambos os complexos. A mistura de gingerois, obtida a partir de gengibre fresco por maceração em acetona e purificação em coluna, foi analisada por 1H RMN e espectrometria de massa (ESI-QTOF), contendo 54,05 % de 6-gingerol, 19,45% de 8-gingerol e 26,5 % de 10-gingerol, a que corresponde uma massa molecular de 314,7 g.mol-1. O complexo γ-CD·gingerois, obtido por co-precipitação, foi caracterizado por FTIR, {1H} 13C CP-MAS RMN, DSC e PXRD. Também neste caso foi observado o empacotamento em canal. Por um ajuntamento segundo Pawley, foi possível refinar os parâmetros de célula em a = b = 23,886(3) Å e c = 23,356(3) Å (tetragonal). A atividade antioxidante de γ-CD·gingerois foi estudada pelo ensaio de proteção do β-caroteno, tendo-se obtido resultados similares aos dos gingerois não incluídos. Os gingerois e o γ-CD·gingerois foram usados para preparar iogurte fortificado com 1% (m/m) de gingerol (ou equivalente de complexo) tendo-se verificado que o complexo é mais facilmente disperso na matriz do que os gingerois não encapsulados. A cor do iogurte fortificado com γ-CD·gingerois apresentou-se mais semelhante à do iogurte simples enquanto para o iogurte com gingerois registaram maiores diferenças. Os iogurtes fortificados foram ainda estudados quanto à durabilidade, não se tendo observado alterações de pH nem aparecimento de odores desagradáveis durante quatro semanas, enquanto no iogurte simples a formação de odor se iniciou entre a segunda e a terceira semana. A atividade antioxidante dos iogurtes fortificados medida pelo método de ABTS foi superior à do controlo, sendo a condição mais promissora verificada para a amostra com gingerois. Estes resultados sugerem que a matriz interfere com a atividade antioxidante de γ-CD·gingerois.

Cyclodextrin inclusion of multi-component guests such as essential oils and plant extracts is a current topic of research. These systems are usefull for a number of applications in food, cosmetic and pharmaceutical industries. The present work focus on two of these systems, having as guests Cistus ladanifer essential oil and a mixture of gingerols obtained from fresh ginger rhizome. The C. ladanifer essential oil composition was elucidated by GC-MS, which allowed identifying 94.3 % of the components and to establish the approximate Mw at 143.7 g.mol-1. The oil was subsequently included into beta and gamma cyclodextrins (β and γ-CDs) by co-precipitation. Identification of the included components of the oil was done by chloroform extraction followed by GC-MS analysis. β-CD preferentially included compounds of higher molecular weight, whereas γ-CD included lower molecular weight compounds. Solid state analysis of the inclusion complexes comprised infrared spectroscopy (FTIR), {1H} 13C CP-MAS RMN and powder X-ray diffraction (PXRD) that suggests the occurrence of channel packing for both. Gingerols were obtained from fresh ginger by maceration in isopropanone followed by column chromatography. The product was analysed by 1H RMN and mass spectrometry (ESI-QTOF), revealing a composition of 54.05 % 6-gingerol, 19.45 % 8-gingerol and 26.5 % 10-gingerol, and a corresponding Mw of 314.7 g.mol-1. The γ-CD·gingerols complex was obtained by co-precipitation and characterized by FTIR, {1H} 13C CP-MAS RMN, DSC and PXRD. It presented the typical γ-CD complexes packing in the form of infinite channels. PXRD data was further treated with a Pawley extraction allowing to identify a tetragonal unit cell with the parameters refined at a = b = 23.886(3) Å e c = 23.356(3) Å. The antioxidant activity of γ-CD·gingerois and free gingerols, as evaluated by the β-carotene bleaching assay, showed similar potencies. Free gingerois and the complex of γ-CD·gingerols were employed in fortification of yoghurt, at a concentration of 1% (m/m) of gingerol (or its equivalents mass for the complex). A better dispersion into the matrix was observed for the γ-CD·gingerols–fortified yogurts in comparison with gingerols-fortified samples. The colour of the yoghurts fortified with the complex was almost similar to that of plain yoghurt, whereas those fortified with free gingerols had more colour variation in regard to plain yoghurt. The storage stability of fortified yoghurts was evaluated through pH monitoring and the formation of malodours. No changes in pH or malodours were observed for four weeks. In turn, a malodour in simple yoghurt was noticed starting from the second to the third week of storage. The antioxidant activity of yoghurts, as measured by the ABTS assay, revealed a higher antiradical action for gingerols-fortified and γ-CD·gingerols–fortified yogurts when compared to that of plain yogurts, with the most promising results being registered for the gingerols-fortified samples. These particular results suggest that food matrix might interfering the antioxidant activity of γ-CD·gingerols.