Produção de extrato de erva-mate (Ilex paraguariensis) em pó por secagem convectiva em camada de espuma e liofilização

Abstract

Resumo: A erva-mate (Ilex paraguariensis) é uma árvore nativa da região sul-americana e o extrato obtido a partir de suas folhas apresenta um elevado teor de compostos fenólicos, assim como uma elevada atividade antioxidante. Essas características vêm sendo correlacionadas com diversos benefícios à saúde incluindo potencial anti-inflamatório, antimutagênico e redutor de lipídios. A desidratação de extratos em escala industrial é feita, tradicionalmente, por spray drying. Novas técnicas de secagem com a utilização de temperaturas baixas vêm sendo investigadas com o objetivo de obter produtos com maior qualidade. Dentre essas técnicas, a secagem convectiva em camada de espuma destacase pela possibilidade de obtenção de produtos com características similares ao liofilizado. Desse modo, o objetivo do presente trabalho foi avaliar o efeito da secagem em camada de espuma e a liofilização do extrato de erva-mate tostada sobre a cinética de secagem e a qualidade dos extratos solúveis obtidos. Foi avaliado o efeito de diferentes concentrações de extrato (6, 19 e 53 ºBrix) e dois agentes espumantes (Emustab® e Super Liga Neutra®) sobre as propriedades de densidade, percentual de expansão, volume de fração de ar e estabilidade das espumas formadas. As espumas que apresentaram valores menores de densidade combinado com percentual de expansão e estabilidade mais elevados foram as obtidas a partir do extrato a 53 ºBrix sem adição de agente e do extrato a 19 ºBrix com 2 ou 3 % de Super Liga Neutra®. O agente Emustab® não foi capaz de aumentar o percentual de expansão da espuma, bem como sua estabilidade. A secagem convectiva foi realizada com a espuma produzida a partir do extrato concentrado a 53 ºBrix e sem adição de agentes. Foi avaliada a a influência da temperatura e da espessura de camada na cinética de secagem, e uma amostra com adição de 1 % de Super Liga Neutra® também foi submetida à secagem convectiva. O menor tempo de secagem foi observado para a amostra desidratada em camada de espuma nas condições de menor espessura (10 mm) e maior temperatura (60 ºC). A liofilização do extrato de erva-mate tostada foi realizada utilizando o congelamento a vácuo como etapa inicial, possibilitando a realização de todas as etapas do processo (congelamento, sublimação e dessorção) em um mesmo equipamento. O congelamento evaporativo ocorreu nos primeiros 200 s de processo e foi responsável por 7,9 % da perda de massa total da amostra. Os extratos desidratados obtidos apresentaram valores reduzidos de atividade de água (< 0,380) e elevados de solubilidade (> 91 %). A secagem em camada de espuma produziu os pós com maior densidade e o maior valor de porosidade foi observado na amostra liofilizada. Os diferentes métodos/condições de secagem apresentaram efeito significativo na cor e higroscopicidade das amostras de extrato solúvel. A secagem em camada de espuma produziu extratos com teor semelhante de compostos bioativos (expresso em capacidade redutora total, flavonoides totais e cafeína) em relação à amostra liofilizada. O extrato de erva-mate tostada apresentou elevada atividade antioxidante, a qual foi determinada através de três metodologias diferentes (FRAP, DPPH e ABTS). A técnica de secagem em camada de espuma se mostrou viável para a produção de extrato solúvel de erva-mate tostada e obtenção de um produto com elevada qualidade.

Abstract: Yerba mate (Ilex paraguariensis) is a tree native to the South American region and the extract obtained from its leaves has a high total phenolic content and correlated high antioxidant activity. These characteristics have been associated with several health benefits including anti-inflammatory, antimutagenic, and lipidreducing potentials. Dehydration of extracts on an industrial scale is traditionally performed by spray drying. Novel drying techniques using low temperatures have been investigated aiming to obtain higher quality products. Among these techniques, foam-mat convective drying stands out for potentially producing materials with similar characteristics to freeze-dried products with lower energy cost. Thus, the present work aims to study the influence of the foam-mat convective drying and freeze-drying processes on the drying kinetics and quality parameters of toasted yerba mate extract. Foam properties such as foam density, overrun, volume of air fraction and stability were assessed for different extract concentrations (6, 19 and 53 ºBrix), application of two foaming agents (Emustab® and Super Liga Neutra®) and different concentrations of foaming agent. Foams that presented lower values of density and higher values of overrun combined with higher stability were the foam produced with 53 ºBrix extract without foaming agent and the foam produced with 19 ºBrix extract added of 2 or 3% of Super Liga Neutra®. The Emustab® foaming agent was not able to increase neither the foam overrun nor its stability. Convective drying was also performed under the same drying conditions with two different foams, one produced from concentrated extract (53 ºBrix) without adding foaming agents and the second from the same concentration extract with the addition Super Liga Neutra® (1 %). The influence of temperature, layer thickness and addition of foaming agent on drying kinetics of foam-mat convective drying were evaluated and the briefest drying time was observed for the sample dried at the highest temperature (60 ºC) and lowest thickness (10 mm). Freeze-drying of the roasted yerba mate extract was performed using vacuum freezing as the initial step making it possible to perform all process steps (freezing, sublimation and desorption) within the same equipment. The sample froze within the first 200 s after establishing vacuum and the evaporative freezing was responsible for 7.9% of the sample total weight loss. The obtained powdered extracts showed low water activity (< 0.380) and high solubility values (> 91 %). Foam-mat convective drying produced powders with the highest density and the highest porosity value was observed for the freezedried sample. The different drying methods/conditions evaluated showed a significant effect on the extract color and hygroscopicity. Foam-mat convective drying produced extracts with similar bioactive compound content (expressed in total reducing capacity, total flavonoid contend, and caffeine) compared to the freeze-dried sample. The roasted yerba mate powdered extract showed high antioxidant activity, which was determined by three different methodologies (FRAP, DPPH and ABTS). Overall, foam-mat convective drying is a viable drying technique for powdered toasted yerba mate extract production providing a powder with similar characteristic to the freeze-dried product.