Aplicação de espectroscopia de infravermelho e métodos multivariados para avaliação de características funcionais em extratos de antocianinas

Abstract

A avaliação dos efeitos de açúcares, metais, ácidos e outros antioxidantes sobre a estimativa da capacidade antioxidante in vitro de antocianinas por diferentes técnicas e o desenvolvimento de um método rápido para a determinação de antocianinas, polifenóis totais e capacidade antioxidante em extratos de repolho roxo (Brassica oleraceae) e uva violeta ( Vitis labrusca, var BRS Violeta ) foram objetivos deste trabalho. Foram avaliados três métodos para estimativa da capacidade antioxidante e suas diferentes formas de expressar o resultado: ABTS TEAC (capacidade equivalente ao trolox, pelo ABTS (2,20- azino-bis (3-etilbenzotiazolina)), DPPH TEAC (capacidade equivalente ao trolox, pelo DPPH (2,2-difenil-1-picryhydrazyl)), DPPH EC50 (redução de 50% do radical DPPH), DPPH %Seq (porcentagem da antioxidante sequestrante, pelo DPPH), FRAP TEAC (capacidade equivalente ao trolox, pelo FRAP (capacidade redutora do ferro) e FRAP EC50 (redução de 50% do radical, pela capacidade redutora do ferro). Neste estudo foram avaliados os efeitos de frutose, glicose, ácido tartárico e málico, magnésio, potássio, cisteína, triptofano, tirosina, ácido ascórbico e gálico sobre a capacidade antioxidante de antocianinas. O segundo estudo foi desenvolvido buscando a consolidação de um método rápido das características funcionais (antocianinas, polifenóis e capacidade antioxidante) dos extratos de repolho roxo e uva violeta. Foi empregado espectroscopia na região do infravermelho próximo (NIR) e infravermelho médio (MID) aliados a regressão por quadrados mínimos parciais (PLS) e ao método de seleção dos preditores ordenados (OPS). Para isto, foi utilizado extratos aquosos de repolho roxo e uva violeta em diferentes concentrações (5 – 100 %). Os espectros NIR foram investigados na faixa 10000 a 4000 cm -1 empregando absorbância e o MID na faixa 4000 a 650 cm -1 empregando refletância total atenuada (ATR). Os resultados do primeiro estudo indicaram que a capacidade antioxidante estimadas por DPPH EC50 e FRAP EC50 foram os que apresentaram mais interferência nos resultados quando aplicados em meio contendo ácido tartárico e ácido ascórbico. O método mais coerente foi o ABTS TEAC , pois apresentou interferência apenas do ácido ascórbico. O ácido ascórbico mostrou ser um poderoso interferente em todos os métodos, devendo ser removido do meio antes de se executar quantificações in vitro de capacidade antioxidante de antocianinas. No segundo estudo, a modelagem de predição rápida em extrato de repolho roxo, demostrou que os modelos PLS-OPS apresentaram os melhores resultados na predição de todas as propriedades, com coeficientes de correlação (r) > 0,99, relação de desempenho do desvio (RPD) > 5,80 e erro médio relativo (%E) < 10%. Os espectros NIR forneceram os melhores modelos para antocianinas monoméricas e capacidade antioxidante, pelo ABTS e DPPH, com erro médio quadrático de previsão (RMSEP) de 32,23, 0,21 e 0,13, respectivamente; enquanto os espectros MID foram mais preditivos para antocianinas totais e polifenóis, apresentando RMSEP de 14,31 e 34,62, respectivamente. Por outro lado, apesar de possuírem valores de correlação (r v e r p ) e RDP elevados, os modelos PLS para uva violeta não foram satisfatórios para determinar antocianinas totais e polifenóis, pois os valores de RMSEP e %E apresentam-se inadequados, mostrando que os modelos não apresentam uma boa previsão. No extrato de uva violeta, ao trabalhar com valores de DPPH entre 1,3 – 15,97 μM trolox·mL -1 , o modelo do espectro MID mostrou-se adequado para esta propriedade, apresentando %E = 5,24%, RMSEP = 0,63 e correlação elevada (r p >0,99). Para todas as propriedades avaliadas no repolho roxo e para a capacidade antioxidante (DPPH TEAC ) no extrato de uva violeta, o método de predição rápida mostrou- se simples e exato para determinar tais características funcionais destes extratos, cuja metodologia poderá ser utilizada em laboratórios de pesquisas, desenvolvimento e de controle de qualidade nas indústrias de alimentos, em universidade e centros de pesquisas.

The assessment of the effects of sugars, metals, acids and other antioxidants on the in vitro estimated antioxidant capacity of anthocyanins by different techniques and the development of a rapid method for the determination of anthocyanin, polyphenol and antioxidant capacity in red cabbage extracts (Brassica oleracea) and purple grape (Vitis labrusca, var BRS Violet) were objectives of this work. It was evaluated three methods to estimate the antioxidant capacity and its different ways of expressing result: ABTS TEAC (equivalent capacity to trolox by ABTS (2.20-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline)), DPPH TEAC (equivalent capacity to trolox, by DPPH (2,2-diphenyl-1-picryhydrazyl)), DPPH EC50 (50% reduction of the radical DPPH), DPPH %Seq (percentage of antioxidant scavenger by DPPH) FRAP TEAC (equivalent to the capacity trolox by FRAP (Ferric Reducing Ability) and FRAP EC50 (50% reduction of the radical by Ferric Reducing Ability). In this study it was assessed the effects of fructose, glucose, tartaric and malic acid, magnesium, potassium, cysteine, tryptophan, tyrosine, ascorbic and gallic acid on the antioxidant capacity of anthocyanins. In the second study it was developed a rapid method for functional characteristics (anthocyanins, polyphenols and antioxidant capacity) of red cabbage extract and purple grape. It was used infrared near (NIR) and mid-infrared (MID) spectroscopy allied to partial least squares regression (PLS) and the ordered predictors selection method (OPS). Therefore, it was used aqueous extracts of red cabbage and purple grape at different concentrations (5 - 100%). NIR spectrum was investigated in the range from 10000 to 4000 cm -1 using absorbance whilst MID spectrum was investigated in the range from 4000 to 650 cm -1 using attenuated total reflectance (ATR). The results of the first study showed that the antioxidant capacity estimated by DPPH EC50 and FRAP EC50 were those with more interference in the results when applied in medium containing tartaric and ascorbic acid. On the other hand, ABTS TEAC method presented more consistency, once it had interference only with ascorbic acid. Ascorbic acid has shown to be a powerful interferer in all methods, so that it should be removed from the medium before carrying out the anthocyanins in vitro antioxidant capacity quantification. In the second study, rapid prediction modeling for red cabbage extract demonstrated that the PLS-OPS models showed the best results on all properties predicting, with correlation coefficients (r) > 0.99, ratio performance deviation (RPD) > 5.80 and mean relative error (% E) < 10%. NIR spectra have provided the best models for monomeric anthocyanin and antioxidant capacity by ABTS and DPPH methods, with root mean squared error of prediction (RMSEP) of 32.23, 0.21 and 0.13, respectively; while MID spectra were more predictive for total anthocyanins and polyphenols, showing RMSEP 14.31 and 34.62, respectively. On the other hand, despite having had high correlation (r v and r p ) and RDP, PLS models for violet grapes were not satisfactory to determine total anthocyanins and polyphenols, once they presented inadequate RMSEP and %E. Thus these models did not predictive. For the DPPH range concentrations from 1.3 to 15.97 μM trolox·mL -1 , the MID spectrum model could predict well this property for violet grape extract, with %E = 5.24, RMSEP = 0.63 and high correlation (r p > 0.99). For all properties evaluated in the red cabbage and for the antioxidant capacity (DPPH TEAC ) in violet grape extract, rapid prediction method was simple and accurate to determine such functional characteristics of these extracts, whose methodology may be used in research laboratories, development and quality control in food industry, university and research centers.