EXTRAÇÃO E DEGRADAÇÃO TÉRMICA DE ANTOCIANINAS PRESENTES NAS FOLHAS DO REPOLHO ROXO E NAS CASCAS DA JABUTICABA

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1 EXTRAÇÃO E DEGRADAÇÃO TÉRMICA DE ANTOCIANINAS PRESENTES NAS FOLHAS DO REPOLHO ROXO E NAS CASCAS DA JABUTICABA A. C. GALVÃO, W. S. ROBAZZA, P. P. SOUZA, A. L. G. RIBEIRO Universidade do Estado de Santa Catarina UDESC, Departamento de Engenharia de Alimentos e Engenharia Química, Laboratório ApTher Termofísica Aplicada para contato: alessandro.galvao@udesc.br RESUMO As antocianinas são flavonoides e compõem o maior grupo de pigmentos solúveis em água do reino vegetal sendo responsáveis por grande parte das cores em flores, frutas, folhas, caules e raízes de plantas. Na indústria alimentícia, podem ser utilizadas como corantes naturais, que além de coloração, incorporam funcionalidade aos alimentos. Com a finalidade de levantar informações que possam ser aplicadas no desenvolvimento de processos da indústria de alimentos, o presente estudo avaliou a extração de antocianinas monoméricas totais presentes nas folhas do repolho roxo (Brassica oleraceae) e nas cascas da jabuticaba (Myrciaria cauliflora) utilizando água como solvente e estudou sua estabilidade térmica em função da temperatura e do tempo de degradação. A quantidade total de antocianina monomérica (TMA) foi determinada usando o método de ph diferencial. Os resultados experimentais indicam que a taxa de degradação de antocianinas tanto do repolho roxo como nas cascas da jabuticaba aumenta à medida que a temperatura aumenta. No intervalo de tempo e temperatura avaliados, a degradação das antocianinas segue satisfatoriamente uma reação de primeira ordem. A constante cinética de degradação em função da temperatura pode ser correlacionada por um polinômio de segunda ordem. 1. INTRODUÇÃO Em uma sociedade moderna e bastante dinâmica o ser humano busca condições para uma melhor qualidade de vida. Essa qualidade de vida é diretamente relacionada à saúde da população. Pesquisas são realizadas na busca pela cura de doenças degenerativas como câncer, Alzheimer, Parkinson, entre muitas outras. Estudos indicam uma relação entre a ingestão de frutas e vegetais com a diminuição do desenvolvimento de doenças crônicas (Kong et al., 2003; Krinsky, 1994). Todavia, como consequência da modernidade, a sociedade está cada vez mais dependente de alimentos industrializados. A relação entre qualidade de vida e consumo de alimentos tem despertado na indústria alimentícia um interesse por componentes funcionais para serem incorporados a seus produtos. Entre os

2 componentes funcionais, destacam-se os pigmentos presentes em flores, frutos, raízes, etc. Esses pigmentos, além de conferirem cor aos alimentos, também possuem características antioxidantes. Componentes antioxidantes, como antocianinas, contribuem com a eliminação de radicais livres que se formam durante os processos celulares e que são responsáveis pelo envelhecimento precoce dos tecidos. O organismo humano produz antioxidantes para combater os radicais livres, porém, a exposição a poluentes, alimentação desequilibrada e excessiva, consumo de tabaco, bebidas alcoólicas e gorduras, faz com que a produção de radicais livres seja superior a quantidade que o organismo consegue eliminar. Uma alternativa para um aumento do consumo de antioxidantes seria a incorporação de componentes com função antioxidante nos alimentos industrializados. O Brasil possui características climáticas favoráveis para o cultivo de grande quantidade de alimentos ricos em componentes antioxidantes. A incorporação bem sucedida de componentes funcionais na formulação de alimentos ainda necessita de pesquisa e desenvolvimento. Estudos na área de extração e estabilidade térmica podem contribuir para o desenvolvimento de processos na produção de alimentos funcionais. Apesar de existirem aproximadamente 400 tipos de antocianinas (Kong et al., 2003) presentes em diversas plantas, apenas a uva (Vitis vinífera) e o repolho roxo (Brassica oleraceae) são empregados comercialmente. O repolho roxo, apesar de conter menor teor de antocianina, média de 175 mg/100 g (Lopes et al., 2006), com relação a uva com média de 750 mg/100 g de fruta madura (Malacrida, Mottas, 2006), apresenta vantagem comercial por ser fonte de baixo valor comercial agregado quando comparado à uva. No Brasil outra fonte promissora é a jabuticaba (Myrciaria cauliflora) que parece com a uva na aparência e textura, embora a sua casca seja mais espessa e mais resistente. Esta fruta tem a cor da casca roxo escuro a quase preto, devido a um elevado teor de antocianinas, com quantidade média de 314 mg/100g de fruta, que cobrem uma polpa branca gelatinosa (Terci, 2004). Diante da importância da temática, o presente trabalho teve por objetivo realizar a extração das antocianinas monoméricas totais presentes nas folhas do repolho roxo e nas cascas da jabuticaba, avaliar a estabilidade térmica dos extratos antociânicos em diferentes temperaturas e calcular grandezas cinéticas associadas a degradação. 2. METODOLOGIA O repolho roxo e as jabuticabas utilizados neste trabalho foram adquiridos do comercio local de Pinhalzinho SC. Chegando ao laboratório a matéria prima foi cuidadosamente selecionada e separada nas frações ricas em antocianinas, no caso das jabuticabas as mesmas foram despolpadas e somente as cascas utilizadas. Após a separação os materiais foram secos em estufa com circulação de ar por um período de 48 horas a uma temperatura de 45 C. Os materiais secos foram triturados em um processador de alimentos, separados em partículas menores que 20 mesh, acondicionados em porções

3 de 5 gramas em embalagem selada e mantidos em um ultra freezer a -85 C até a realização da extração. Na condução da extração foi utilizada uma célula de vidro encamisada conectada a um banho termostático. Foi utilizada uma relação de 60 ml de solvente por grama de material seco. A extração foi realizada por um período de 3 h a temperatura de 40 C. Após a filtração da solução os extratos antociânicos foram submetidos à degradação térmica, as folhas do repolho roxo por um período de 30 h, com avaliação em duplicata a cada 10 h (incluindo t = 0) nas temperaturas de 50 C, 60 C, 70 C e 80 C e as cascas da jabuticaba por um período de 10 h, com avaliação em duplicata a cada 2 h (incluindo t = 0) nas temperaturas de 50 C, 60 C, 70 C, 80 C e 90 C. Na degradação térmica os extratos foram acondicionados em tubos de polipropileno âmbar de 4,5 ml. A quantidade total de antocianina monomérica (TMA) foi determinada usando o método de ph diferencial (Giusti, 2001). O método é baseado na transformação estrutural da antocianina como uma função do ph em duas soluções tampão: cloreto de potássio, ph 1,0 (0,025 M) e acetato de sódio ph 4,5 (0,4 M). De acordo com o método a diferença em absorbância das soluções de ph 1,0 e 4,5 é diretamente proporcional à concentração de TMA. Alíquotas do extrato contendo antocianinas são transferidas para balões volumétricos com o volume completado com as soluções tampão. A absorbância das amostras tamponadas nos dois diferentes phs são determinadas nos comprimentos de 510 nm e 700 nm. A quantidade total de antocianinas monoméricas é calculada como mg/gss de cianidina-3-glucosideo conforme representado pela Equação (1). TMA = [(A 510 A 700 ) ph 1,0 (A 510 A 700 ) ph 4,5 ] MW V DF 1000 ε m 1 (1) Na Equação (1) MW representa a massa molar da cianidina-3-glucosidio (449,2 g.mol -1 ), DF é o fator de diluição da amostra, ε é o coeficiente de extinção molar da cianidina-3-glucosidio (26,9 l.mol - 1.cm -1 ), 1000 representa a conversão de g para mg, 1 é o caminho da onda na cubeta em cm, V é o volume da solução extraída e m é a massa de sólido seco utilizado na extração. As determinações foram realizadas utilizando um espectrofotômetro UV/VIS digital micro processado com varredura marca Fento modelo Cirrus 80SA. Estudos anteriores realizados em diferentes matrizes alimentícias (De Rosso, Mercadante, 2007a; Daravingas, Cain, 1968; García-Viguera et al, 1999; De Rosso, Mercadante, 2007b) indicam que a cinética da degradação térmica de antocianinas segue uma reação de primeira ordem conforme apresentado pela Equação (2). C t = C 0 exp( k t) (2)

4 A concentração de antocianinas C t determinada a uma temperatura constante após um tempo de degradação t a partir de uma concentração inicial conhecida C 0 permite determinar a constante cinética da reação k. Conhecendo-se a constante cinética da reação determina-se o tempo de meia vida conforme Equação (3). t1 = ln0,5 2 k (3) 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Tabela 1 são apresentadas as concentrações experimentais de antocianinas monoméricas totais presentes nas folhas do repolho roxo em base de sólido seco em função do tempo e da temperatura de degradação. Na Figura 1 (a) é apresentado o perfil percentual de degradação e na Figura 1 (b) é apresentado o comportamento do modelo de primeira ordem para o repolho roxo. Uma avaliação dos resultados indica que as antocianinas presentes nas folhas do repolho roxo, utilizando água como solvente, são bastante estáveis termicamente. A constatação evidencia a possibilidade de desenvolvimento de processos de separação das antocianinas utilizando por exemplo, encapsulação ou secagem por atomização. No intervalo de tempo e temperatura avaliados, a degradação das antocianinas no repolho roxo segue satisfatoriamente uma reação de primeira ordem, visto que no ajuste do modelo aos dados experimentais o pior coeficiente de correlação foi de 0,9739. Observou-se também que o comportamento da constante cinética de degradação em função da temperatura pode ser correlacionado por um polinômio de segunda ordem com um coeficiente de ajuste de 0,9936. Tabela 1. Concentração de antocianinas monoméricas totais (TMA) presentes nas folhas do repolho roxo em função da temperatura e do tempo de degradação t (h) 50 C 60 C 70 C 80 C 0 1,3940 1,4453 1,3489 1, ,2437 1,1447 0,8391 0, ,1660 0,9030 0,5836 0, ,0859 0,6287 0,4095 0,1678

5 ln(c/c 0 ) 1.0 C/C (a) t (h) 30 Figura 1. (a) perfil de degradação das antocianinas, (b) comportamento de modelo de primeira ordem para o repolho roxo: 50 C, 60 C, 70 C, 80 C t (h) 30 (b) Na Tabela 2 são apresentadas as concentrações experimentais de antocianinas monoméricas totais presentes nas cascas da jabuticaba em base de sólido seco em função do tempo e da temperatura de degradação. Na Figura 2 (a) é apresentado o perfil percentual de degradação e na Figura 2 (b) é apresentado o comportamento do modelo de primeira ordem para as cascas da jabuticaba. Tabela 2. Concentração de antocianinas monoméricas totais (TMA) presentes nas cascas da jabuticaba em função da temperatura e do tempo de degradação t (h) 50 C 60 C 70 C 80 C 90 C 0 0,9844 1,0520 1,0238 1,1710 1, ,9531 0,9493 0,7915 0,7552 0, ,9531 0,9005 0,7452 0,6450 0, ,9042 0,8028 0,6362 0,4383 0, ,8529 0,7815 0,5573 0,3720 0, ,8729 0,6250 0,5110 0,3018 0,0463

6 ln (C/C 0 ) A análise dos resultados apresenta que a degradação térmica de antocianinas presentes nas cascas da jabuticaba segue uma cinética de reação de primeira ordem com relação ao intervalo de tempo e temperatura avaliados, sabendo que no ajuste do modelo aos dados experimentais o pior coeficiente de correlação foi de 0,9055. Pode também se observar que a taxa de degradação de antocianinas das cascas da jabuticaba aumenta à medida que a temperatura aumenta. O comportamento da constante cinética de degradação em função da temperatura pode ser correlacionado por um polinômio de segunda ordem com um coeficiente de ajuste de 0, C/C (a) t (h) t (h) 10 (b) Figura 2. (a) perfil de degradação das antocianinas, (b) comportamento de modelo de primeira ordem para as cascas da jabuticaba: 50 C, 60 C, 70 C, 80 C, 90 C Os parâmetros cinéticos de degradação, tanto para as folhas do repolho roxo como para as cascas da jabuticaba, para cada temperatura ensaiada são apresentados na Tabela 3. Observa-se que os valores da constante cinética k aumentam à medida que a temperatura aumenta, confirmando a ideia de que quanto maior for a temperatura, maior é a degradação das antocianinas tanto para as folhas do repolho roxo como para as cascas da jabuticaba. Os resultados apresentados na Tabela 3 indicam que as antocianinas presentes nas folhas do repolho roxo apresentam estabilidade considerável até a temperatura de 50 C. Na temperatura de 60 C observa-se uma influência muito maior do aquecimento na degradação. Estudos presentes na literatura (Ju, Howard, 2003; Nobre et al, 2006; Terci, 2004; Alasalvar, 2005) indicam uma instabilidade das antocianinas mais pronunciada a partir de temperaturas de 60 C. Os valores de t1/2 para as antocianinas presentes nas cascas da jabuticaba variaram entre 48,5 h e 2,3 h com valores semelhantes aos publicados por Wang e Xu (2007) em um estudo de degradação das antocianinas presentes em suco de amora. A semelhança dos resultados pode ser um indício que tanto

7 as antocianinas presentes nas cascas da jabuticaba, como as presentes no suco de amora seguem o mesmo mecanismo de degradação. Tabela 3. Constante cinética e tempo de meia vida para a degradação das antocianinas a diferentes temperaturas presentes nas folhas do repolho roxo (1) e presentes nas cascas da jabuticaba (2) 50 C 60 C 70 C 80 C 90 C k (h -1 ) 0,0087 0,0143 0,0262 0,0456 0,0409 0,0754 0,0685 0,1450 0,3054 t 1 (h) 2 79,7 48,5 26,5 15,2 16,9 9,2 10,1 4,8 2,3 4. CONCLUSÃO Nesta pesquisa, investigou-se a degradação térmica das antocianinas presentes nas folhas do repolho roxo e nas cascas da jabuticaba como uma função da temperatura e do tempo de aquecimento. O comportamento dos dados experimentais indica que tanto as antocianinas presentes nas folhas do repolho roxo como as antocianinas presentes nas cascas da jabuticaba se degradam seguindo um modelo de primeira ordem. Os resultados experimentais indicam que a taxa de degradação de antocianinas tanto do repolho roxo como nas cascas da jabuticaba aumenta à medida que a temperatura aumenta. Comparando a degradação das antocianinas presentes no repolho roxo com a degradação das antocianinas presentes nas cascas da jabuticaba é possível perceber que as antocianinas do repolho roxo são menos suscetíveis a degradação térmica. Estudos de degradação térmica de biocompostos levantam informações fundamentais para o desenvolvimento de processos e aplicações em produtos industrializados. Assim, a compreensão do mecanismo de degradação térmica das antocianinas permite o desenvolvimento de produtos, a nível industrial, em temperaturas adequadas, sem que ocorra diminuição significativa na sua capacidade antioxidante. 5. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a Fundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Estado de Santa Catarina FAPESC e a Universidade do Estado de Santa Catarina UDESC pelo apoio financeiro.

8 6. REFERÊNCIAS ALASALVAR, C.; AL-FARSI, M.; SHAHIDI, F. Compositional characteristics and antioxidant component of cherry Laurel Varieties and Pekmez. J. Food Sci., v. 70, p.s47-s52, DARAVINGAS, G.; CAIN, R. F. Thermal degradation of black raspberry anthocyanin pigments in model systems. J. Food Sci., v. 33, p , DE ROSSO, V. V.; MERCADANTE, A. Z. Evaluation of colour and stability of anthocyanins from tropical fruits in an isotonic soft drink system. Innov. Food Sci. Emerg., v. 8, p , 2007a. DE ROSSO, V. V.; MERCADANTE, A. Z. The high ascorbic acid content is the main cause of the low stability of anthocyanin extracts from acerola. Food Chem., v. 103, p , 2007b. GARCÍA-VIGUERA, C.; ZAFRILLA, P.; ROMERO, F.; ABELLÁN, P.; ARTÉS, F.; TOMÁS- BARBERÁN, F. A. Color stability of strawberry jam as affected by cultivar and storage temperature. J. Food Sci., v. 64, p , GIUSTI, M.; WROLSTAD, R. E. Characterization and measurement of anthocyanins by UV visible spectroscopy. In: Wrolstad, R.E. (Ed.), Current Protocols in Food Analytical Chemistry. New York: Editora John Wiley & Sons, JU, Z. Y.; HOWARD, L. R. Effects of solvent and temperature on pressurized liquid extraction of anthocyanins and total phenolics from dried red grape skin. J. Agr. Food Chem., v. 51, p , KONG, J.; CHIA, L.; GOH, N.; CHIA, T.; BROUILLARD, R. Analysis and biological activities of anthocyanins. Phytochemistry, v. 64, p , KRINSKY, N. I. The biological properties of carotenoids. Pure Appl. Chem., v. 66, p , LOPES, T. J.; QUADRI, M. B.; QUADRI, M. G. N. Estudo experimental da adsorção de antocianinas comerciais de repolho roxo em argilas no processo em batelada. Braz. J. Food Technol., v. 9, p.49-56, MALACRIDA, C. R.; MOTTAS, S. D. Antocianinas em suco de uva: composição e estabilidade. Bol. Centro Pesqui. Process. Aliment., v. 24, p.59-82, NOBRE, B. P.; MENDES, R. L.; QUEIROZ, E. M.; PESSOA, F. L. P.; COELHO, J. P.; PALAVRA, A. F. Supercritical carbon dioxide extraction of pigments from Bixa Orellana seeds (experiments and modeling). Braz. J. Chem. Eng., v. 23, p , TERCI, D. B. L. Aplicações analíticas e didáticas de antocianinas extraídas de frutas; Tese de Doutorado; Instituto de Química UNICAMP, Campinas, São Paulo, WANG W. -D.; XU S. -Y. Degradation kinetics of anthocyanins in blackberry juice and concentrate. J. Food Eng., v. 82, p , 2007.