Valorização do pinhão (Araucaria angustifolia (Bertol). Kuntze) via nanosuspensões para a aplicação em processos industriais

Abstract

Resumo: O pinhão é a semente da araucária (pinheiro-do-paraná) e apresenta grande importância econômica e alimentícia para as regiões sul e sudeste do brasil. Dentre as características nutricionais do pinhão, destaca-se o alto teor de amido na amêndoa e a presença de compostos bioativos em sua na casca, os quais são responsáveis por proporcionar efeitos benéficos à saúde humana. O presente estudo teve como objetivo a valorização completa da semente do pinhão por meio da produção de nanosuspensões e suas aplicações no desenvolvimento de produtos. Foram obtidas nanosuspensões do pinhão integral (amêndoa + casca) (WPN), da amêndoa (APN) e casca do pinhão (PCN), com 6% de sólidos totais (m/m) utilizando moinho de pedras. As nanosuspensões foram avaliadas quanto sua composição, morfologia, propriedades térmicas e reológicas, atividade antioxidante e potencial citotóxico. A análise de composição nutricional demonstrou maior teor de fibras (63,12 ± 0,52 %) e carboidratos (74,39 ± 0,23 %) na PCN e na APN, respectivamente. A morfologia demonstrou que as amostras atingiram escala nanométrica. A análise de calorimetria exploratória diferencial (DSC) exibiu o ponto de gelatinização da WPN e da APN próximo a 50 °C, devido a presença de amido e água nas amostras. Com relação a reologia, as amostras foram descritas como fluido pseudoplástico. As amostras PCN e APN apresentaram característica de gel fraco e a APN apresentou comportamento de líquido, e após o processo de aquecimento as amostras apresentaram propriedades mecânicas irreversíveis, devido ao processo de gelatinização e evaporação de água. A atividade antioxidante foi mensurada e correlacionada com os compostos identificados por GC-MS, onde identificou-se catequina, quercetina e ácido gálico majoritariamente em PCN e alto teor de açúcares em APN e WPN. Ainda, comprovou-se que as nanosuspensões não demonstraram citotoxicidade em células de fibroblastos de ratos (3T3). Com base nas características obtidas, a PCN foi incorporada nas concentrações de 0,5%, 1,0%, 1,5% e 2% (m/m) em uma formulação padrão de creme base, onde verificou-se completa homogeneização, sem alteração de odor ou estabilidade. Além disso, constatou-se que o aumento na concentração de PCN na formulação modificou a viscosidade e o comportamento mecânico das formulações, melhorando a espalhabilidade dos cremes. Além disso, verificou-se que a adição de PCN na formulação cosmética não apenas favoreceu a viabilidade celular em diferentes tipos de células avaliadas, mas também aumentou as propriedades curativas da formulação controle. A WPN foi utilizada na produção de máscaras faciais, onde observou-se elevada resistência mecânica na amostra com maior teor de nanosuspensão (16,56 ± 1,97 MPa), e baixa umidade (9,94 ± 0,49%). Além disso, observou-se elevada solubilidade em água (valores acima de 35%) para todas as máscaras elaboradas. Verificou-se que a presença da WPN aumentou a atividade antioxidante das máscaras, as quais após 5 minutos imersas em água, liberaram os compostos bioativos no meio. Ainda, não foi verificada citotoxicidade das máscaras faciais em células 3T3 e em células de fibroblastos humanos (NHDF). Por meio da análise de biodegradabilidade, observou-se que as máscaras elaboradas foram totalmente decompostas em um período total de 56 dias. Por fim, o emprego direto das máscaras faciais em pele humana foi avaliado, sendo verificado melhora na adesividade após a imersão em água por 5 minutos, e consequente liberação de compostos bioativos, melhorando a eficácia da máscara facial.

Abstract: The pinhão is the seed of the Araucaria (pinheiro do Paraná) and is of great economic and food importance for the southern and southeastern regions of Brazil. Among the nutritional characteristics of pine nuts, the high starch content in the almond and the presence of bioactive compounds in its shell stand out, which are responsible for providing beneficial effects on human health. The present study aimed at the complete valorization of pinhão seed through the production of nanosuspensions and their applications in product development. Nanosuspensions were obtained from the whole pinhão (almond + coat) (WPN), the almond (APN), and the pinhão coat (PCN), with 6% of total solids (w/w) using a stone mill. The nanosuspensions were characterized according to their composition, morphology, thermal and rheological properties, antioxidant activity, and cytotoxic potential. The nutritional composition analysis results showed a higher fiber content (63.12 ± 0.52%) and carbohydrate content (74.39 ± 0.23%) in PCN and APN, respectively. Morphology showed the potential of ultrafine grinding, reaching a nanometric scale. Differential scanning calorimetry (DSC) exhibited the gelatinization point of WPN and APN near 50 °c due to the presence of starch and water in both samples. Rheological data described the samples as pseudoplastic fluids. The mechanical behavior demonstrated that PCN and WPN exhibited weak gel characteristics, while APN behaved like a liquid, and after the heating process, nanosuspensions showed irreversible mechanical properties due to gelatinization process and water evaporation. Antioxidant activity of nanosuspensions was measured and correlated with compounds identified by chromatography (GC-MS), including catechin, quercetin, and gallic acid mainly in PCN, and high sugar content in APN and WPN. Nanosuspensions demonstrated no cytotoxicity in rat fibroblast cells (3T3). Based on the characteristics of the produced nanosuspensions, PCN was incorporated at concentrations of 0.5%, 1.0%, 1.5%, and 2% (w/w) as in a base cream formulation. Complete homogenization was achieved without alterations in odor or formulations stability. The boost of PCN concentration modified viscosity and mechanical behavior of formulations, improving the spreadability, and conferring high cell viability and healing properties to the formulations. WPN was employed in the production of facial masks, which conferred high mechanical resistance in the masks (16.56 ± 1.97 MPa) and low moisture (9.94 ± 0.49%). All masks showed high water solubility (values above 35%). WPN presence conferred antioxidant activity to the masks, releasing bioactive compounds into the water after 5 minutes. No cytotoxicity was observed in 3t3 and human dermal fibroblast cells (NHDF) for all evaluated concentrations. Biodegradability analysis revealed complete decomposition of the masks in 56 days. The facial masks on human skin improved adhesiveness after a 5-minute water immersion, facilitating the release of bioactive compounds and enhancing mask effectiveness.