[ 1 ] A presente invenção se refere a um processo de produção de um corante natural , liquido e azul utili zando a tecnologia do ultrassom de alta intensidade assistida por uma fonte externa de calor em um curto tempo de processamento .

[ 2 ] O corante azul liquido tem aplicação em diversos produtos alimentícios .

Fundamentos da invenção

[ 3 ] Um novo mercado consumidor, consciente e detentor de amplo acesso à informação por meio da internet , tem emergido nos últimos anos . A demanda por produtos inovadores obtidos a partir de processos verdes , livres de solventes tóxicos , formulados a partir de ingredientes naturais e funcionais , promotores de saúde e bem-estar humano , tem pressionado o setor produtivo mundial .

[ 4 ] Neste contexto , a utili zação de corantes naturais como ingredientes na formulação de alimentos em substituição aos corantes sintéticos é um dos principais desafios da indústria em todo o mundo . A cor é o principal aspecto sensorial nos alimentos e um importante requisito para a escolha do consumidor . A perda da cor natural dos alimentos durante o processamento e armazenamento e a busca por produtos com aspecto mais atraente são fatores responsáveis pela utili zação de aditivos corantes pela indústria alimentícia . Para esta finalidade , os corantes arti ficiais são preferidos por apresentarem maior estabilidade , poder de coloração e serem mais baratos que os naturais.

[5] No entanto, nas últimas décadas a preocupação com os riscos potenciais dos corantes artificiais para a saúde humana tem crescido significativamente, o que tem levado a indústria alimentícia moderna a substituir esses tipos de aditivos por corantes naturais alternativos, que, além do poder de coloração, também podem fornecer propriedades funcionais aos produtos formulados. Por esse motivo, a obtenção de pigmentos naturais para uso como corantes naturais se tornou uma área de pesquisa emergente.

[6] Além disso, a valorização de matrizes vegetais brasileiras e subprodutos da indústria de alimentos tem sido de grande interesse para a produção de compostos corantes de valor agregado para uso em diversos segmentos, como nutracêutico e alimentício, sendo uma abordagem sustentável que permite atender a necessidades do setor produtivo e as demandas do mercado consumidor por corantes provenientes de pigmentos naturais.

[7] Corantes naturais de cores vermelho, amarelo e verde já são amplamente aplicados nos alimentos, porém, o azul ainda é o principal desafio para a indústria de corantes. As fontes naturais de corantes azuis, além de escassas, até então não fornecem um corante estável e com alto poder corante que possa substituir os sintéticos.

[8] Todavia, dentre as fontes vegetais precursoras de corante azul, o fruto brasileiro jenipapo ( Gení pa Americana L.) é atualmente a alternativa mais promissora. Esse fruto apresenta em sua composição a genipina, um iridoide que ao interagir com aminas primárias forma um composto de cor azul. Este complexo polimérico é altamente estável a variações de pH e temperaturas, permitindo sua ampla aplicação em produtos alimentícios. A obtenção do corante natural azul a partir da reticulação entre a genipina extraida da polpa de jenipapo e aminas primárias de diferentes fontes já é estabelecida.

[9] Porém o processo de obtenção do corante inclui a utilização de solventes tóxicos e diversas etapas, o que torna o processo longo e de alto custo.

[10] O jenipapo, fruto nativo do Brasil, é uma fonte promissora de genipina, um iridoide precursor da cor azul. A genipina, catalisada por oxigênio e calor, reage com aminas primárias produzindo complexos de cor azul. Extratos de jenipapo ricos em genipina têm sido obtidos utilizando solventes como metanol em água, etanol e água. Porém, para a produção do corante azul é necessária a adição de algum composto contendo grupos de aminas primárias para formação dos complexos azuis.

[11] NEVES et al. (2020) e STRIEDER et al . (2020) utilizaram leite como solvente para extrair a genipina de frutos verdes de jenipapo. Dessa forma, através de um processo assistido por ultrassom os autores obtiveram um corante azul pela simultânea extração e reação da genipina com as aminas primárias do leite. Porém, tratamentos térmicos ainda seriam necessários para a estabilização microbiológica desses corantes.

[12] Os processos empregados para obtenção dos extratos utilizando os solventes convencionais são dispendiosos pois envolvem mais de uma etapa e utilizam alta pressão, enzimas, membranas de micro e ultraf iltração ou ainda podem não garantir uma extração eficiente por não fornecerem energia suficiente para extração da genipina, como a extração sólido-liquido assistida por agitação. Além disso, após a extração, nesses processos é ainda necessária uma etapa de remoção do solvente, tornando o processo ainda mais dispendioso.

[13] Em artigo cientifico de BUTLER (2003) intitulado "Mechanism and kinetics of the crosslinking reaction between biopolymers containing primary amine groups and genipin" , avalia a reação de reticulação entre a genipina e grupos de aminas primárias, sugerindo a formação de pigmentos azuis brilhantes. A utilização de matérias- primas puras, o que torna o processo economicamente inviável quando comparado à presente invenção. É importante destacar que o precursor quimico dos compostos azuis, a genipina, foi inserida no sistema de reação a partir de uma fonte previamente isolada. A presente invenção propõe a produção de um corante natural azul a partir da sua extração, reticulação e estabilização simultaneamente, por outro lado, o artigo avaliou apenas o processo de reticulação usando matérias-primas puras (genipina isolado e fontes de aminas primárias) . O objetivo do artigo não foi obter um produto, mas apenas estudar os mecanismos de reação. A presente invenção integra três etapas de processo em uma única etapa, descrevendo, portanto, a obtenção de um novo corante natural azul para aplicação em alimentos. O corante é obtido a partir de matérias-primas acessíveis, sendo uma delas um subproduto industrial. [14] Em artigo cientifico de RENARD (2014) intitulado "A REVIEW THROUGH RECOVERY, PURIFICATION AND IDENTIFICATION OF GENIPIN", o autor realiza análise dos diferentes métodos para extração/identif icação de genipina a partir duas fontes distintas e menciona também faz menção a utilização de ultrassom assistido. Também cita a capacidade de formação de pigmento azul após reação com grupos de aminas primárias. Mas sugerem que os extratos aquosos ou etanólicos de genipina e geniposideo podem ser caracterizados como um corante azul, o que não é verdade, uma vez que a genipina é um precursor de compostos azuis e não um corante azul. Para a formação de compostos de coloração azul, a genipina deve ser reticulada com uma fonte de aminas primárias. Embora essa reticulação possa ocorrer com as proteínas endógenas da polpa do fruto, o extrato obtido apresenta compostos azuis em um meio muito diluido. O documento apenas apresenta diferentes processos de extração da genipina, o precursor quimico dos compostos azuis. Embora seja citado o uso da tecnologia de ultrassom, esta foi usada apenas para promover a extração da genipina em água ou etanol. Diferentemente, o corante obtido na presente invenção apresenta um azul intenso, pois utiliza de forma simultânea o soro de leite como solvente extrator e fonte de aminas primárias para realização da reação de reticulação. A tecnologia de ultrassom, além de ser utilizada para extrair a genipina, também assiste sua reação de reticulação com as aminas primárias do solvente (soro de leite) e ainda estabiliza micro biologicamente o corante azul obtido. Adicionalmente, a invenção proposta utiliza o solvente para extração que também fornece as aminas primárias para a produção do corante (o soro de leite) para produção do corante azul.

[15] No artigo cientifico de SHAHEER (2014) intitulado "EFFECT OF THERMAL AND THERMOSONICATION ON ANTHOCYANIN STABILITY IN JAMUN (EUGENIA JAMBOLANA) FRUIT JUICE" é descrito a influência do ultrassom de alta intensidade, esterilização e pasteurização na estabilidade da antocianina e suco de Jamelão. Já é conhecido do estado da técnica que a coloração vermelha do jamelão é devido à presença de antocianinas , então, presume-se que tais técnicas irão influenciar diretamente na coloração do mesmo. Embora o documento demonstre que o processamento térmico convencional degrada as antocianinas do suco de jamelão em comparação à termosonicação, ainda assim o processo promoveu uma degradação de 21.9%. A intensificação do processamento do suco de jamelão utilizando a tecnologia do ultrassom de alta intensidade promove a degradação das antocianinas (o corante presente no suco) . Contrariamente, a presente invenção mostra que a intensificação do processo de ultrassom assistido pelo calor favorece a formação dos compostos azuis, demonstrando que as abordagens de ambos os processos são opostas, uma vez que a intensificação do processo de sonicação por meio do uso de calor favorece a reação de reticulação da genipina com as aminas primárias do soro de leite.

[16] O estudo apresentado no artigo cientifico de TOUYAMA (1994) intitulado "STUDIES ON THE BLUE PIGMENTS PRODUCED FROM GENT PIN AND METHYLAMINE. I. STRUCTURES OF THE BROWNISH-RED PIGMENTS, INTERMEDIATES BEADING TO THE BLUE PIGMENTS" se refere a formação de pigmento azul a partir da reação de genipina com metilamina (uma amina primária) . A utilização de um aminoácido puro como fonte de aminas primárias inviabiliza economicamente o processo de produção do corante azul, pois torna-o dispendioso. O documento referido utiliza um aminoácido puro como fonte de aminas primárias, enquanto a presente invenção utiliza um subproduto da indústria queijeira. A presente invenção utiliza um subproduto industrial como fonte de aminas primárias e solvente extrator, tornando o processo mais acessível para o processamento em larga escala.

[17] Em artigo cientifico de SILVA (2014) intitulado "DEVELOPMENT OF CASEIN MICROGELS FROM CROSS-LINKING OF CASEIN MICELLES BY GENIPIN" menciona a reticulação entre micelas de caseina (proveniente do leite) e da genipina, e cita que o produto dessa reação exibe uma coloração azul. Para produção de um corante azul o processo proposto no artigo (reticulação da genipina pura com as micelas de caseina) seria economicamente inviável. O objetivo do artigo foi utilizar a reticulação da genipina com micelas de caseina para melhorar a estabilidade da última. A cor azul obtida neste documento não foi o objetivo da presente invenção. A presente invenção propõe a utilização de uma tecnologia que associa as energias acústica e térmica que favorece a produção de um corante natural azul com alto poder corante em um menor tempo de processo. Inclusive, utilizando matérias-primas de baixo custo.

[18] RAMOS -DE -LA- PENA et al . (2015) obtiveram o extrato de genipina em água após 1 h e 15 min de processo mecânico assistido por enzima e energia acústica a frio. Associando três processos envolvendo extração sólido liquido assistida por um blender, processo assistido por ultrassom e ultraf iltração os autores obtiveram seu extrato em 36 min. Assim, esses processos tem um tempo de duração muito maior do que o proposto, uma vez que além do tempo já contabilizado para obtenção do extrato, o tempo para a formação dos complexos azuis e para estabilização ainda teria que ser acrescido.

[19] Em artigo cientifico de RAMOS -DE -LA- PENA et al . (2013) intitulado "ENVIRONMENTAL FRIENDLY COLD-MECHANICAL /SONIC ENZYMATIC ASSISTED EXTRACTION OF GENIPIN FROM GENIPAP (Genípa americana')" há a descrição de um processo que utiliza ultrassom com enzimas para a extração da genipina. O documento propõe a extração de genipina pura assistida por enzima, o que inviabiliza economicamente o processo. Ainda, após a extração do composto há a separação deste das pectinas e proteínas através de processo enzimático. Diferentemente, a presente invenção propõe a obtenção de um corante azul, resultado da reticulação da genipina com aminas primárias provenientes do solvente empregado no processo (soro de leite) . Em uma única etapa, foi possivel obter um corante natural azul com alto poder corante e estabilizado no ponto de vista microbiológico .

[20] Os atuais processos de obtenção do corante são realizados em várias etapas, o que demanda um longo tempo de processamento. Estas etapas incluem a extração da genipina utilizando diversos solventes tóxicos, etanol e água, evaporação do solvente, adição de fonte de amina primária como aminoácidos, peptideos, proteinas e outros, reação do extrato purificado com diversas fontes de amina primária na presença de oxigênio e calor para acelerar a reticulação, dentre outras etapas. Além disso, a utilização de aminas primárias a partir de fontes isoladas, como peptideos e aminoácidos, eleva o custo de obtenção do corante bem como a utilização de solventes tóxicos pode deixar resíduos no produto.

[21] Assim, o processo da presente invenção apresenta a vantagem de utilizar o soro de leite como solvente e fonte de aminas primárias para reagir com a genipina extraida e formar o corante azul. Assim, a invenção proposta utiliza um processo de termossonicação que associa uma fonte de calor à cavitação acústica provida por um sistema ultrasônico do tipo sonda. A partir desse processo é possivel extrair, favorecer a reação da genipina com as proteinas do soro e ainda promover a estabilidade microbiológica do corante. Esse processo é de fácil operação e acaba sendo menos dispendioso. O tempo de processamento é outra vantagem da invenção proposta, em apenas 10 min um corante natural azul estabilizado pronto para aplicação é produzido. O corante natural azul pode ser aplicado nos mais diversos produtos alimentícios tais como iogurte, bebidas lácteas, sorvetes, cremes, chantilly, queijos, produtos de confeitaria, doces, bolos, pães, massas alimentícias, entre outros.

Breve descrição da invenção

[22] A presente invenção se refere a um processo de produção de um corante natural, liquido e azul utilizando a tecnologia do ultrassom de alta intensidade assistida por uma fonte externa de calor em um curto tempo de processamento .

[23] O processo de produção de um corante natural, liquido e azul que compreende as seguintes etapas:

1. trituração da polpa do fruto de jenipapo verdes;

2. reconstituição do soro de leite em água deionizada na proporção 1:9 em massa, ou seja, 10 g de soro em 90 g de água;

3. adição de polpa de jenipapo triturada e de soro de leite reconstituído na proporção de 1:5 em massa, ou seja, 5 g de polpa em 25 g de soro reconstituído ;

4. aplicar a mistura obtida em (3) ao campo acústico por sonda ultrassónica de 13 mm de diâmetro operando a 19 kHz e 400 W de potência nominal, equivalente à uma potência acústica de 20 ± 1 W e intensidade de 15 ± 1 W/cm ² , a temperatura de 70°C por 10 min;

5. filtração da biomassa, preferencialmente por filtração mecânica com filtro de nylon; e

6. obtenção do corante natural azul.

Breve descrição das figuras

[24] A Figura 1 apresenta fluxograma do processo de extração, reticulação e estabilização para obtenção de corante natural azul em uma única etapa. Nota-se que em uma única etapa, o corante é obtido.

[25] A Figura 2 apresenta o aspecto visual do corante azul obtido pelo processo inventivo em questão. Os registros fotográficos foram realizados logo após o processo de produção do corante. Os corantes foram diluídos em água destilada mantendo-se um volume final de solução de 5 mL . Na Figura, A) é o corante puro, B) na diluição de 1:5, C) na diluição de 1:10 e por último, D) 1:100.

Descrição detalhada da invenção

[26] A presente invenção se refere a um processo de produção de um corante natural, liquido e azul utilizando a tecnologia do ultrassom de alta intensidade assistida por uma fonte externa de calor em um curto tempo de processamento .

[27] O processo de produção de um corante natural, liquido e azul que compreende as seguintes etapas:

1. trituração da polpa do fruto de jenipapo verdes;

2. reconstituição do soro de leite em água deionizada na proporção 1:9 em massa, ou seja, 10 g de soro em 90 g de água;

3. adição de polpa de jenipapo triturada e de soro de leite reconstituído na proporção de 1:5 em massa, ou seja, 5 g de polpa em 25 g de soro reconstituído ;

4. aplicar a mistura obtida em (3) ao campo acústico por sonda ultrassónica de 13 mm de diâmetro operando a 19 kHz e 400 W de potência nominal, equivalente à uma potência acústica de 20 ± 1 W e intensidade de 15 ± 1 W/cm ² , a temperatura de

70°C por 10 min;

5. filtração da biomassa, preferencialmente por filtração mecânica com filtro de nylon; e

6. obtenção do corante natural azul.

[28] A genipina é obtida a partir da polpa de frutos verdes de jenipapo (Genípa americana L.) . O soro de leite, um subproduto da indústria de processamento de queijo, é utilizado como solvente e fonte de aminas primárias. A aplicação das energias acústica e térmica promove simultaneamente a extração da genipina, sua reticulação com as proteínas do soro e a estabilização microbiana do corante natural azul.

[29] Os frutos de jenipapo verdes foram descascados e a polpa foi triturada utilizando um processador mecânico para fragmentação dos tecidos vegetais. O soro de leite foi reconstituído em água deionizada na proporção de 10 g de soro em pó para 100 g de soro reconstituído. O sistema de extração foi constituído de 5 g de polpa de jenipapo triturada e 25 g de soro de leite reconstituído. Uma sonda ultrassónica de 13 mm de diâmetro operando a 19 kHz e 400 W de potência nominal foi utilizada para geração do campo acústico. O processo foi realizado em um tudo tipo Falcon de 50 mL . A sonda foi mergulhada 20 mm na parte superior do sistema de extração. Um Becker de vidro encamisado foi utilizado para fornecer calor durante o processo. Um banho termostático de água acoplado ao Becker encamisado foi mantido a 70°C. Após o sistema (polpa de jenipapo + soro reconstituído) atingir a temperatura do banho, a aplicação do campo acústico foi iniciada. O tempo de processamento foi de 10 min. Após o processo, a biomassa de jenipapo foi separada do corante por filtração mecânica utilizando filtro de nylon.

[30] O corante azul produzido pelo processo proposto foi condicionado em diferentes condições de pH (2 a 8) e não apresentou alteração na intensidade da cor. A estabilidade do corante em todas as faixas de pH possíveis de alimentos conjectura o seu amplo leque de aplicações. Desde alimentos muito ácidos a básicos podem ser enriquecidos sensorialmente com o corante azul produzido.

[31] O corante também foi condicionado por 30 minutos à temperatura de 100 °C e sua coloração não apresentou degradação. O que nos permite concluir que o corante pode ser aplicado em matrizes alimentícias que passarão por processos de esterilização comercial sem comprometer a coloração do produto final.

[32] Em algumas matrizes alimentícias o corante foi aplicado na concentração de 1 g/100g de produto. Os alimentos foram: beijinho, muffin e chantilly. O corante azul foi aplicado no inicio de sua formulação. Os produtos apresentaram no final a coloração azul esperada. Este teste mostrou que o corante pode ser aplicado em diferentes tipos de matrizes, apresentando-se solúvel e de fácil incorporação em todas as matrizes testadas.

[33] Por fim, podemos concluir que o corante natural azul pode ser aplicado nos mais diversos produtos alimentícios tais como iogurte, bebidas lácteas, sorvetes, cremes, chantilly, queijos, produtos de confeitaria, doces, bolos, pães, massas alimentícias, entre outros.