Bioactive compounds of yerba mate according to genotype, nitrogen fertigation and drying methods and acceptance of mate tea by consumers

Orientador: Dr. Cícero Deschamps

Coorientadores: Dr. Ivar Wendling, Dr. Cristiane Helm, Dr. Volnei Pauletti

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Agronomia. Defesa : Curitiba, 13/05/2020

Inclui referências

Área de concentração: Produção Vegetal

Resumo: Ilex paraguariensis A. St.-Hil é uma espécie arbórea, nativa e cultivada no Brasil. Popularmente é conhecida por erva-mate e apresenta importância econômica, ambiental, social e cultural para região Sul. Tradicionalmente as folhas secas são matéria prima para o preparo de bebidas conhecidas como chimarrão e tereré. Nos últimos anos, a erva-mate tem ganhado destaque mundial com produtos diferenciados na linha de bebidas, alimentos, cosméticos e diversos outros produtos manufaturados. A visibilidade da cultura se deve aos compostos bioativos presentes nas suas folhas, benéficos para a saúde humana. Dentre eles destacam-se as metilxantinas (e.g. cafeína e teobromina) e os ácidos cafeoilquínicos da classe dos compostos fenólicos. Todavia, o teor desses compostos é alterado por muitos fatores (e.g. ambientais, genéticos, processamento). Tendo em vista a demanda de mercado por produtos à base de mate, incluindo o chá mate, métodos alternativos de secagem das folhas é uma demanda crescente, assim como, a aceitação dos produtos desenvolvidos por esses novos processos. Com isso, no capítulo 1 foram testados os métodos tradicionais de secagem das folhas (secador rotativo e esteira) e alternativos (secadores a 40, 60 e 80°C, liofilizador e microondas) na alteração do teor dos compostos bioativos, características nutricionais, capacidade antioxidante e coloração. No capítulo 2 as folhas secas em todos os métodos supracitados foram tostadas e utilizadas no preparado de chá mate quente e gelado para verificação da aceitação do consumidor. Os resultados confirmam que o microondas é uma alternativa eficiente tecnicamente de secagem das folhas do mate e a aceitação do chá mate foi satisfatória para essa tecnologia de secagem. Nos capítulos 3 e 4 foi proposto um novo sistema de cultivo (semi-hidropônico) visando a produção de folhas ao longo do ano todo e maior controle do perfil fitoquímico. Para tanto, foram testados dois genótipos (EC22 e EC40), doses de nitrogênio (D1-114, D2-206, D3-380, D4-760 e D5-1142 mg.L-1), tipo de folha (jovem e madura) e sazonalidade (11 colheitas durante dois anos de cultivo). Os resultados de produtividade (capítulo 3) demonstraram não haver diferença na produtividade de folhas jovens e maduras e confirmaram a superioridade do genótipo EC40 na utilização do N, uma vez que, a dose ideal foi D1-114 mg.L-1 ao passo que para EC22 foi 206 mg.L-1. Em relação a sazonalidade, pouca oscilação foi observada ao longo das colheitas, confirmando o potencial do sistema em termos de produção contínua. No capítulo 4, seguiu-se a mesma condução e tratamentos do capítulo 3, entretanto foram avaliados os teores dos compostos bioativos (cafeína, teobromina, ácido 3-cafeoilquínico, ácido 4-cafeoiquínio, ácido 5- cafeoilquínino, compostos fenólicos totais) e a capacidade antioxidante frente aos radicais ABTS e DPPH. Com base nos resultados, conclui-se haver influência da sazonalidade no teor dos compostos e capacidade antioxidante, sendo o genótipo EC40 superior ao EC22 para todas as variáveis analisadas. Comportamento diferencial foi verificado na síntese das metilxantinas, sendo o genótipo EC40 superior em termos de cafeína e EC22 superior em termos de teobromina. A dose de nitrogênio influenciou no teor dos compostos, sendo que, a maior dose (D5-1142 mg.L-1) correspondeu ao teor elevado de metilxantinas totais, cafeína e teobromina para ambos os genótipos; já para os ácidos cafeoilquínicos, resposta inversa foi observada. De modo geral essa pesquisa trouxe inovação em termos de processo de secagem e cultivo da erva-mate, assim como, maior compreensão dos fatores que afetam os compostos bioativos de interesse presentes nas folhas da espécie. Sendo, portanto, um trabalho inédito e com vasto potencial de continuidade em pesquisas futuras. Palavras-chave: Ilex paraguariensis. Cafeína. Sistema semi-hidropônico. Compostos fenólicos. Ácidos cafeoilquínicos.

Abstract: Ilex paraguariensis A. St.-Hil is a tree species, native and cultivated in Brazil. It is popularly known as yerba mate and has economic, environmental, social and cultural importance for the Southern region. Traditionally, species dry leaves are used to prepare drinks known as "chimarrão" and "tereré". In the last years, it has received more attention because of the potential for production of differentiated products like drinks, food and cosmetics. The visibility of the crop is due to the bioactive compounds present in the mate leaves that are beneficial to human health. The main compounds belong to methylxanthines (e.g. caffeine and theobromine) and phenolic (caffeoylquinic acids) classes. However, the content of these compounds is altered by many factors (e.g. environmental, genetic, processing). In view of the market demand for new products based on mate, including mate tea, the development of alternative methods of leaf drying is very important ensure the quality of the raw material as well as the acceptance of the products generated by these processes. In chapter 1, the traditional methods of leaf drying (rotative dryer and conveyor dryer) and alternative (dryers at 40, 60 and 80 ° C, freeze dryer and microwave oven) were tested on the content of the bioactive compounds, nutritional characteristics, antioxidant capacity and coloring. In chapter 2, the leaves dried in all methods above mentioned were toasted and used in the prepared hot and iced mate tea to verify the consumer acceptance. The results of the first two chapters showed that the microwave oven represents an efficient alternative for drying mate leaves and the acceptance of mate tea was also satisfactory using this drying technology. In chapters 3 and 4, a new cultivation system (semi-hydroponic) which would allow the leaf production throughout the year and the monitoring of the phytochemical profile was evaluated. Two genotypes (EC22 and EC40) were compared in relation to the effect of nitrogen dose (D1- 114, D2-206, D3-380, D4-760 and D5-1142 mg.L-1), leaf type (young an mature) and seasonality (11 harvests during two years of cultivation). Production results of both genotypes (chapter 3) demonstrated no difference in the production of young and matures leaves, but the EC40 genotype was more efficient in the nitrogen use since the D1 ideal dose was -114 mg.L- 1 and 206 mg.L-1 for EC22. In terms of seasonality, there was little variation over time, which confirm the system potential for continuous leaf production. In chapter 4, the same system and treatments as mentioned for chapter 3 were compared for both genotypes in relation to the the bioactive compound contents(caffeine, theobromine, 3-caffeoylquinic acid, 4- caffeoylquinic acid, 5-caffeoylquinic acid, total phenolic compounds) and the antioxidant capacity by ABTS and DPPH radicals. Based on the results, we conclude that of the seasonality affects the content of the compounds and antioxidant capacity, with the EC40 genotype being superior to the EC22 for all analyzed variables. Different results were verified for the methylxanthines accumulation where the caffeine of EC40 genotype was higher than in EC22 genotype, but lower in theobromine content. The nitrogen dose affects the content of the compounds, and the highest dose (1142 mg.L-1) resulted in increase of total methylxanthines, caffeine and theobromine for both genotypes and decrease for caffeoylquinic acids. This research brought innovation for process of drying and cultivation system to yerba mate, as well as a better understanding of the factors that influence the content of bioactive compounds present in species leaf. Therefore, this work is original and present hight potential for future researches. Keywords: Ilex paraguariensis. Caffeine. Semi-hydroponic system. Phenolic compounds. Caffeoylquinic acids