Development of functional food gel formulations supplemented with the microalgae: Arthrospira platensis

Abstract

As microalgas têm vindo a ser muito utilizadas como alimento e suplementação alimentar. Há dezenas de milhares de espécies de algas, que vivem tanto em água doce como no mar, sendo que 80% das algas são microalgas. As microalgas apresentam um grande potencial nutritivo, o que motivou um elevado interesse na investigação de diversos alimentos inovadores, que têm sido utilizados no desenvolvimento de alimentos funcionais pelas suas propriedades nutricionais, nomeadamente devido à presença de ácidos gordos polinsaturados incluindo ómega 3 e ómega 6, carotenoides, ficobiliproteínas, polissacarídeos, vitaminas A, D e E e antioxidantes, e ainda pelos seus efeitos fisiológicos benéficos. Os ácidos gordos polinsaturados promovem a redução dos níveis de açúcar no sangue e o aumento da sensibilidade à insulina, ajudando a prevenir o aumento e a controlar os níveis de glicose no sangue. A ficocianina, o principal antioxidante presente na microalga escolhida para este trabalho, a Arthrospira platensis, inibe a absorção do colesterol no intestino, diminuindo os níveis de gordura no sangue. Outros antioxidantes presentes nesta microalga, como o betacaroteno e o ácido gálico também contribuem para a redução dos níveis de colesterol total, os LDL e os triglicerídeos do sangue, prevenindo doenças como enfarto do miocárdio e aterosclerose. Para além disso, as microalgas apresentam uma enorme biodiversidade e capacidade para sintetizar grandes quantidades de substâncias. Estudos de diversos extratos e alimentos contendo microalgas têm resultado na descoberta de diferentes compostos bioativos que apresentam elevado interesse tanto na área da saúde designadamente pela sua atividade antitumoral, antimicrobiana, anti-inflamatória entre outras, reduzindo assim a incidência de doenças crónicas. As tecnologias de cultivo, colheita e processamento de microalgas têm vindo a desenvolver-se de uma forma vasta, permitindo assim o uso comercial de vários tipos de microalgas. As microalgas são uma alternativa às fontes tradicionais de proteína e permitem reduzir o impacto ambiental da produção de proteínas animais. O setor das algas também começa a desenvolver-se na Europa para responder à procura crescente de alimentos e à necessidade de adotar métodos de produção mais sustentáveis. O interesse da indústria alimentar pelas microalgas tem vindo a crescer de ano para ano, devido aos novos hábitos dos consumidores. Estes tipos de alimentos têm vindo a captar a atenção e preferência do consumidor uma vez que em termos tecnológicos, estes alimentos inovadores estão associados à sustentabilidade que assume grande impacto tanto no planeta como na saúde humana. As microalgas são fontes importantíssimas de minerais, nomeadamente o ferro, um mineral fundamental para a produção de hemoglobina, um componente dos glóbulos vermelhos no sangue. Assim, a ingestão da microalga pode aumentar os níveis de hemoglobina no sangue, auxiliando no tratamento da anemia. Também possui grande teor de proteína que corresponde a uma grande carência nos vegetarianos e veganos. O aumento da popularidade do estilo de vida vegetariano e vegano tem vindo a crescer constantemente em muitos países, embora muitos concordem que as dietas podem ser um caminho a percorrer sendo assim um desafio. Não só a área das dietas vegetarianas e veganas, mas também a alimentação clínica ou médica, tem vindo a despertar um grande interesse por parte dos cientistas, dando exemplo aos doentes oncológicos ou pessoas com outras doenças similares, ou até aquelas pessoas que têm dificuldade em ingerir produtos com elevada proteína. No âmbito da estratégia “Do prado ao Prato”, a Comissão Europeia pretende favorecer a indústria das algas estando neste momento a apresentar uma iniciativa específica para apoiar o setor. Neste contexto, o principal objetivo deste trabalho esteve essencialmente centrado na incorporação da microalga Arthrospira platensis de elevado valor nutricional em matrizes alimentares produzidas sob a forma de geles poliméricos (Agar) com especial interesse em dietas vegetarianas e veganas. A cianobactéria Arthrospira platensis, ou Spirulina, é consumida há séculos devido ao seu perfil nutricional único e equilibrado sendo assim um superalimento que tanto pode ser comercializado na forma desidratada em comprimidos, cápsulas ou em pó. Na primeira parte do estudo a composição das formulações do gel (qualitativa e quantitativa) foi otimizada com base na sua aparência e consistência. A formulação incluía o polímero Agar, a microalga e outros componentes como a stevia, o sal dos Himalaias, um aroma tropical e um conservante. Na segunda parte do estudo foram determinados paramêtros físico-químico (pH e perfil reológico). Foi ainda determinado o valor nutricional (proteínas, lipidos, carbohidratos, nomeadamente a glicose, matéria seca, minerais e vitamina C) das formulações selecionadas. Além disso, também foram estudados o conteúdo fenólico total e a atividade antioxidante das formulações de interesse. Por fim, foi realizada uma análise sensorial para avaliar o potencial de comercialização das formulações desenvolvidas. Os resultados mostraram que as formulações em gel de 0,5% (A) e 2% (B) com concentração de 2% Arthrospira platensis foram consideradas as mais interessantes. O teor de proteína foi maior para as amostras contendo a biomassa da microalga Arthrospira platensis (A igual a 1.162% ± 0.087 e B igual a 1.472% ± 0.664) em relação aos controlos (AB igual a 0.134% ± 0.036 e BB igual a 0.172% ± 0.043) que possuíam todos os ingredientes menos a microalga de interesse. O teor de hidratos de carbono também foi maior para ambas as amostras contendo a microalga (A igual a 0.681 %± 0.323 e B igual a 0.967 %± 0.158) do que para os brancos. Quantidades muito elevadas de minerais, como o ferro (A igual a 90.11 g/100g e B igual a 92.13 g/100g), bem como quantidades médias de zinco (A igual a 14.42 g/100g e B igual a 14.12 g/100g) e o manganês (A igual a 19.69 g/100g e B igual a 6.99 g/100g) foram quantificadas nas formulações do gel contendo as microalgas. As amostras com maior atividade antioxidante expressa em mg GAeq/g (miligramas de acido gálico equivalente por grama de amostra) de amostra foram, em geral, aquelas que continham a microalga. Por último, a análise sensorial realizada num grupo de trinta pessoas, sendo 23 do sexo feminino e 7 do sexo masculino com idades entre os 23-60 anos, revelou que o produto com melhor classificação foi aquele com 0,5% de Agar contendo 2% da microalga Arthrospira platensis. De um modo geral, os resultados apresentados neste estudo revelaram a capacidade de desenvolvimento de alimentos inovadores e funcionais contendo neste caso a microalga Arthrospria platensis com propriedades antitumoral, antimicrobiana, anti-inflamatória entre outras, reduzindo assim a incidência de doenças crónicas. O desenvolvimento de formulações inovadores contendo microalgas torna-se cada vez mais importante na indústria alimentar, essencialmente para consumidores vegetarianos e veganos pela vasta carência em certos nutrientes mas também na alimentação clinica e médica para assegurar a segurança e melhor a saúde dos consumidores. Deste modo, os resultados deste estudo apontam para uma estratégia que pode ser explorada e desenvolvida. Por fim, mais estudos devem ser realizados para aperfeiçoamento de matrizes alimentares produzidas sob a forma de geles poliméricos, nomeadamente uma avaliação mais detalhada das propriedades físico-químicas e nutricionais e também de uma possível atividade antitumoral, antimicrobiana e anti-inflamatória. Novos estudos devem igualmente ser feitos relativamente à estabilidade e prazo de validade do produto.

Microalgae have a great potential in the search for innovative foods due to their constituents, namely polyunsaturated fatty acids, carotenoids, phycobiliproteins, polysaccharides, vitamins, and antioxidants, that have been used in the development of functional foods for their nutritional properties and beneficial physiological effects. Microalgae have high interest in the vegetarian population, as these organisms contain several nutrients, particularly iron and high protein content missing in their diets. In addition, the study of microalgae has resulted in the discovery of different bioactive compounds that are of great interest in the health area, namely for their antitumor, antimicrobial, anti-inflammatory activity, among others. In this context, the main aim of this work was essentially focused on the incorporation of the microalgae Arthrospira platensis with high nutritional value in food matrices produced in the form of polymeric gels, such as the polymer (Agar) gels with special interest in vegan diets. In the first part of the study the qualitative and quantitative composition of the gel formulations was optimized based on their adequate appearance and consistency. The formulation included the Agar polymer, the microalgae Arthrospira platensis, stevia, Himalayan salt, tropical aroma, and a food preservative (potassium sorbate). In the second part of the study the physicochemical and nutritional value (protein, lipid, carbohydrates namely glucose, dry matter, minerals, vitamin C) of the selected formulations were determined. In addition, the total phenolic content and antioxidant capacity (DPPH radical scavenging activity) of the Arthrospira platensis extract and the gel formulations of interest were also studied. Finally, a sensory analysis was conducted to evaluate the potential for commercialization of the developed formulations. The results showed that gel formulations containing 0.5wt% (A) and 2wt% (B) of Agar and 2wt% of Arthrospira platensis concentration were found to be the most interesting. The protein and carbohydrate content were higher for samples containing the microalgae (A and B) than for the blanks (samples without the microalgae). Very high mineral quantities of iron for A and B (90.11 g/100g and 92.13 g/100g), as well as medium quantities of zinc (14.42 g/100g and 14.12 g/100g) and manganese (19.69 g/100g and 6.99 g/100g) were found in the gel formulations containing the microalgae. Higher antioxidant activity values were found in samples containing the microalgae than for the blanks. Sensory analysis revealed that products with better ratings were those with a 0.5wt% of Agar (A). Finally, further studies should be carried out to improve food matrices produced in the form of polymeric gels, namely a more detailed assessment of the physicochemical and nutritional properties and the stability and shelf life of the product.