Formação e caracterização de coacervados complexos e nanoestruturas contendo ovalbumina e lactoferrina

Abstract

Estruturas supramoleculares (E-Sup) são sistemas complexos formados por meio de interações intermoleculares entre biopolímeros com o propósito de conferir características biológicas e físico-químicas melhores em relação às moléculas precursoras. Diferentes E-Sup, como os complexos coacervados e as nanoestruturas, podem ser obtidas a depender da finalidade desejada, das biomoléculas utilizadas, das técnicas empregadas e das condições físico-químicas de formação. Embora algumas pesquisas relatem a formação de E-Sup a partir de proteínas alimentares, não foram encontrados estudos que abordem a associação entre ovalbumina (OVA) e lactoferrina (LF). Dessa forma, este trabalho foi subdividido em três capítulos para melhor entender os aspectos relacionados à formação de complexos coacervados e nanoestruturas de OVA e LF. No primeiro capítulo, o objetivo foi realizar uma revisão bibliográfica sobre as proteínas e E-Sup estudas. No segundo capítulo, o objetivo foi produzir e caracterizar complexos coacervados de OVA e LF, variando razão molar, pH e adição de NaCl ou ureia. Medidas de turbidez e potencial zeta indicaram que a melhor condição de formação foi obtida na razão (OVA:LF) 2:1, em pH 6,0 e sem adição de NaCl ou ureia. A análise de calorimetria de titulação isotérmica indicou que a interação entre as proteínas em pH 6,0 foi espontânea e entalpicamente dirigida. Estruturas, em sua maioria,esféricas e de diâmetro hidrodinâmico médio (dh) de cerca de 620 nm foram formadas. Espectros de fluorescência e de dicroísmo circular indicaram possíveis mudanças conformacionais das proteínas na formação dos coacervados. Por fim,no terceiro capítulo, o objetivo foi produzir nanoestruturas de OVA e LF a partir da técnica de gelificação térmica, variando pH, temperatura e tempo de aquecimento. Os resultados demonstraram que a combinação destes fatores influenciou no tipo e tamanho das estruturas obtidas. Análises de espalhamento dinâmico de luz mostraram que os sistemas preparados em pH 7,0 e 8,5 produziram estruturas com dy < 300 nm e índice de polidispersidade < 0,2. Nanoestruturas de menor dh (~130 nm), obtidas em pH 8,5 e tratamento térmico de 86 C/34 min, foram estáveis por 30 dias de armazenamento a 4, 25 e 40 ºC. Desse modo,este trabalho demonstrou que diferentes tipos de E-Sup podem ser formadas a partir da associação entre OVA e LF, podendo oferecer novas aplicações bio e técnico-funcionais. Palavras-chave: Química supramolecular. Proteína. Interação. Termodinâmica. Espectroscopias.Supramolecular structures (E-Sup) are complex systems formed by intermolecular interactions between biopolymers in order to improve biological and physicochemical characteristics of precursor molecules. Different E-Sup, such as complex coacervates and nanostructures, can be obtained depending on the desired purpose, the molecules used, the techniques employed to produce the structures, and the physicochemical conditions of formation. Although some researchers report the formation of E-Sup from food proteins, no studies addressing the association between ovalbumin (OVA) and lactoferrin (LF) have been found. Thus,this current study was subdivided into three chapters to better understand the aspects that are related to the formation of complex coacervates and nanostructures of OVA and LF. In the first chapter, the objective was to perform literature review of the proteins and E-Sup studied. In the second chapter, the objective was to produce and characterize OVA-LF complex coacervates, varying molar ratio, pH, and NaCl or urea addition. Turbidity and zeta-potential measurements indicated that the optimum condition in the formation of coacervates was obtained at molar ratio (OVA: LF = 2:1), at pH 6.0, and without NaCl or urea addition. Isothermal titration calorimetry indicated that the interaction between these proteins was spontaneously and enthalpically driven, at pH 6.0. Mostly spherical structures with an average hydrodynamic diameter (dh) of approximately 620 nm were formed. Fluorescence and circular dichroism spectra indicated possible conformational changes of the proteins in coacervates formation. Finally, in the third chapter, the objective was to produce OVA and LF nanostructures using the thermalgelation technique, varying pH, temperature and heating time. Results demonstrated that the combination of these factors influenced the type and size of the structures obtained. Dynamic light scattering showed that systems prepared at pH 7.0 and 8.5 produced nanostructures with dy < 300 nm and polydispersity index < 0.2. Smaller dy nanostructures (~130 nm), obtained at pH 8.5 and heat treatment at 86 ºC/34 min, were stable for 30 days of storage at 4, 25 and 40 ºC. Thus,this study demonstrated that different types of E-Sup can be formed from the association between OVA and LF, and may offer new bio and technicalfunctional applications. Keywords: Supramolecular chemistry. Protein. Interaction. Thermodynamics. Spectroscopies.