Desenvolvimento de um corante alimentar natural à base de antocianinas obtido a partir do epicarpo de frutos de Prunus spinosa L.: otimização da extração e estudo de aplicação

Dupla diplomação coma UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Entre as propriedades organoléticas, a cor exerce um papel muito importante na perceção global de um alimento, uma vez que a visão é normalmente o primeiro contato que o consumidor tem com o produto. Neste sentido, os corantes têm sido amplamente utilizados como aditivos alimentares, para suprir ou intensificar os aspetos de coloração dos alimentos, tornando-os mais atrativos e agradáveis. No entanto, devido à preocupação que os consumidores têm com a saúde e o registo de efeitos adversos de alguns corantes artificiais, existe um grande interesse na sua substituição por alternativas naturais mais seguras. As antocianinas são um grupo de pigmentos de coloração vermelha, azul e violeta, presentes em muitas flores e frutos, podendo ser consideradas alternativas aos corantes artificiais. Prunus spinosa L. é um arbusto selvagem que dá origem a frutos de sabor amargo e adstringente pouco explorados comercialmente, mas que apresentam níveis elevados de antocianinas, mais especificamente cianidina 3-rutinósido e peonidina 3-rutinósido, concentradas no epicarpo. Assim, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver um corante alimentar natural a partir da extração de antocianinas dos frutos de P. spinosa, aliando os crescentes interesses na substituição dos corantes artificiais por alternativas naturais mais seguras à valorização de produtos agrícolas de fontes subexploradas. Foram otimizadas as condições que maximizam a extração de antocianinas do epicarpo de frutos de P. spinosa, comparando-se duas técnicas de extração, sendo uma convencional assistida por calor (HAE) e outra alternativa assistida por ultrassons (UAE), e tendo como variáveis relevantes tempo, temperatura (HAE) ou potência (UAE) e concentração de solvente. Para isso, foi aplicada uma metodologia de superfície de resposta, utilizando um desenho composto central circunscrito de três variáveis com cinco níveis, e os compostos antociânicos foram identificados e quantificados por HPLC-DAD-ESI/MS. A extração assistida por ultrassons foi o método mais eficaz, nas condições ótimas de 5,00 ± 0,15 min, 400,00 ± 32,00 W e 47,98 ± 2,88% de etanol (v/v), onde o rendimento de extração foi de 68,60 ± 2,06%, com um teor total de antocianinas de 18,17 ± 1,82 mg/g de extrato e 11,76 ± 0,82 mg/g de epicarpo seco, originando um extrato de cor roxo-avermelhado. Além disso, estes valores de resposta foram ligeiramente melhorados quando se testou o efeito da relação sólido-líquido nas condições ótimas num formato dose-resposta, mostrando um padrão decrescente constante na faixa de 5 a 250 g/L. Para além de estudar o potencial corante deste ingrediente natural, também se pretendeu avaliar o seu potencial funcional, para isso realizou-se uma avalição das propriedades bioativas e efectuou-se um estudo de aplicação num produto alimentar do extrato obtido nas condições otimizadas. A avaliação das bioatividades foi realizada através da análise da capacidade antioxidante, anti-inflamatória, antimicrobiana e citotóxica. O extrato apresentou uma atividade antioxidade considerável, com valores de EC50 de 204 ± 2 μg/mL para o método de TBARS e EC50 de 296 ± 4 e 509 ± 3 μg/mL para o método OxHLIA aos 60 e 120 min de reação, respetivamente. A capacidade antimicrobiana foi testada em 9 estirpes de bactérias de interesse na área da saúde, nas quais o extrato não apresentou efeito bactericida, mas teve a capacidade de inibir o crescimento bacteriano em concetrações de 2,5 a 20 mg/mL. A avaliação da atividade anti-inflamatória foi realizada em células de macrófagos de rato RAW 264.7 e a citotoxicidade foi testada em 4 linhas celulares tumorais humanas e numa cultura primária de células hepáticas não tumorais, para as quais o extrato não apresentou atividade, nem toxicidade. O extrato corante foi incorporado em “beijinhos”, um produto de confeitaria tipico brasileiro que tem como ingredientes básicos leite condensado, natas e manteiga, para avaliação da sua aplicabilidade numa matriz alimentar como corante alimentar. Foram determinados os parâmetros de cor, pH e textura, a composição nutricional e o valor energético das amostras de “beijinhos” logo após a sua confeção e depois de um dia de armazenamento. Em geral, o extrato otimizado incorporado revelou uma boa capacidade corante sem alterar as caraterísticas nutricionais do produto alimentar. Com isto, foi possível evidenciar o potencial da exploração do epicarpo dos frutos de P. spinosa como fonte de antocianinas a serem utilizadas no setor alimentar, tendo como valor agregado ao poder corante, a sua capacidade bioativa.

Among organoleptic properties, colour plays a very important role in the overall perception of a foodstuff, since sight is usually the first contact that consumers have with the product. In this context, colorants have been widely used as food additives, to supply or intensify food colouring aspects, making them more attractive and pleasant. However, due to consumers' concerns about the health and adverse effects of some artificial colorants, there is a strong interest in replacing them with safer natural alternatives. Anthocyanins are a group of pigments with red, blue and violet coloration, being present in many flowers and fruits and increasingly considered as potential alternatives to artificial colorants. Prunus spinosa L. is a wild shrub with bitter and astringent fruits that are poorly commercially exploited but have high levels of anthocyanins, more specifically cyanidin 3-rutinoside and peonidin 3-rutinoside, concentrated in the epicarp. The objective of this study was to develop a natural food colorant, from the extraction of anthocyanins from the fruit epicarps of P. spinosa, combining the growing interest of substituting artificial colorants for safer natural alternatives and the valorization of agricultural products from underexploited sources. The conditions that maximize the extraction of anthocyanins from the fruit epicarp of P. spinosa were optimized, comparing two extractive techniques, one conventional heat-assisted (HAE) and another alternative ultrasound assisted extraction (UAE), testing as relevant variables time, temperature (HAE) or power (UAE), and solvent concentration. For that purpose, a response surface methodology was applied, using a circumscribed central composite design with three variables and five levels, and the anthocyanin compounds were identified and quantified by HPLC-DAD-ESI/MS. Ultrasound assisted extraction was the most efficient method, under optimum conditions of 5.00 ± 0.15 min, 400.00 ± 32.00 W and 47.98 ± 2.88% ethanol, where the extraction yield was 68.60 ± 2.06% (v/v), with a total anthocyanin content of 18.17 ± 1.82 mg/g of dry extract and 11.76 ± 0.82 mg/g of dry epicarp, wich gives rise to a purple-reddish extract. Additionally, these response values were slightly improved when the solid-to-liquid ratio effect at the optimal conditions in a dose-response format was tested, showing a steady decreasing pattern in the range 5 to 250 g/L. In addition to studying the colorant potential of this natural ingredient, it was also intended to evaluate its functional potential, for which an evaluation of the bioactive properties was determined, and an application study was carried out using a food product incorporated with the extract obtained under optimized conditions The evaluation of the bioativities was carried out through analyzes of the antioxidant, anti-inflammatory, antimicrobial and cytotoxic capacity. The extract presented a considerable antioxidant activity, with EC50 values of 204 ± 2 μg/mL for the TBARS assay and EC50 of 296 ± 4 and 509 ± 3 μg/mL for OxHLIA method at 60 and 120 min of reaction, respectively. The antimicrobial capacity was tested in 9 strains of bacteria of interest in the health area, in which the extract did not present bactericidal effect, but all had their growth inhibited with an extract concentration between of 2.5 to 20 mg/mL. The anti-inflammatory activity was assessed on RAW 264.7 mouse macrophages and cytotoxicity was tested using 4 human tumor cell lines and on a primary culture of non-tumor liver cells, for which the extract showed no activity and no toxicity. The dye extract was incorporated into "beijinhos", a typical brazilian confectionery product, that has as basic ingredients condensed milk, cream and butter, to evaluate its applicability as a natural colorant ingredient for a food matrix. The color, pH, and texture parameters, nutritional composition, and energetic value of "beijinhos" samples were determined after cooking and after one day of storage. In general, the incorporated optimized extract revealed a good coloring ability without altering the nutritional characteristics of the food product. With this, it was possible to evidence the potential exploitation of P. spinosa fruit epicarp as a source of anthocyanins to be used in the food industry, having as added value to the dye power, its bioactive capacity.

Este trabalho é financiado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER) através do Programa Operacional Regional Norte 2020, no âmbito do Projeto NORTE-01-0145-FEDER-023289 (DeCodE) e Norte-01-0247-FEDER-024479 (projeto Mobilizador ValorNatural), e pelo programa FEDER-Interreg España-Portugal, no âmbito do projeto 0377_Iberphenol_6_E.