EXTRAÇÃO E AVALIAÇÃO DA ESTABILIDADE DE PIGMENTOS PARA FINS DE CORANTES EM ALIMENTOS. Profª. Drª. Neiva Deliberalli Rosso

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1 EXTRAÇÃO E AVALIAÇÃO DA ESTABILIDADE DE PIGMENTOS PARA FINS DE CORANTES EM ALIMENTOS. Profª. Drª. Neiva Deliberalli Rosso

2 Antocianinas A cor de um alimento está relacionada com a sua estética, qualidade e aceitabilidade; Antocianinas são pigmentos naturais encontradas em muitas variedades de frutas, verduras, flores e folhas. São estimadas mais de 400 fontes de antocianinas na natureza (Kong et al., 2003). Pertencem ao grupo dos flavonóides.

3 Pigmentos responsáveis pela maioria das cores azul, roxa e vermelho em flores, frutos, folhas, caules e raízes, sementes de cereais e leguminosas (Markakis, 1982; Francis, 1989). Consideradas substâncias fitoquímicas, por proporcionar efeitos benéficos ao organismo. São um sub-grupo da classe dos flavonóides. A estrutura das antocianinas deriva de glucosideos do cátion flavílio com diferentes graus de hidroxilação e metoxilação.

4 A forma não glicosilada denomina-se antocianidinas (agliconas). A estrutura das antocianidinas depende do número e posição dos grupos hidroxila e metoxila ligados aos anéis aromáticos (A e B). Substituições interferem na cor e aplicação (Brouillard 1983). As antocianinas apresentam grupos de açúcares (pentoses, metilpentoses e hexoses) ligados à molécula e ácidos esterificados na molécula de açúcar. Os açúcares ligam-se na posição O-3, também na posição O-5 e O-7.

5 Estruturas das antocianinas 3-glucosídeo presentes em frutas e legumes

6 As antocianinas nos frutos: Uvas (Vitis vinifera): delfinidida, petunidina, malvinidida e cianidina 3-O glucosídeo (Baldi et al., 1995); Morango (Fragaria): pelargonidina 3-O glucosídeo (Lopes et al., 2002); Framboesa (Rubus): cianidina 3-O glucosídeo e cianidina 3-O soforosídeo (Mullen et al., 2002); Mirtilo (Vaccinium): delfinidida, cianidina, petunidina, malvinidida e peonidina glicosiladas com galactose, glucose e arabinose, formam 15 antocianinas diferentes (Kahkonen et al., 2003).

7 Aplicações As antocianinas podem ser um parâmetro chave na qualidade de alimentos, influenciam na aceitação sensorial do consumidor. Apresentam atividade antioxidante previnem doenças de natureza neuronal, cardiovascular, câncer, e diabetes (Kończak e Zhang, 2004). Efeitos positivos no tratamentos de câncer (Lule e Xia, 2005); na nutrição humana (Stintzing e Carle, 2004), e atividade biológica (Kong et al., 2003).

8 Controle do diabetes, extractos de antocianinas aciladas de frutos e tubérculos inibiu a enzima α-glucosidase solubilizada (forma intestinal) (Matsui et al., 2001, Jong-Anurakkun et al., 2007; Pullela et al. 2006; Ortiz-Andrade et al., 2007; Kim et al. 2004). A ingestão de extratos de antocianinas pode controlar o índice glicémico. Ordem na capacidade de inibição decresce da pelargoidina > peonidina > cianidina. Desacilação de antocianinas diminui o poder inibitório para a α glucosidase (Matsui et al., 2001).

9 Extração de Antocianinas Solventes na extração: metanol, etanol, acetona e água, acidificados com HCl. Solvente acidificado - rompe a membrana celular, solubiliza e estabiliza as antocianinas (Naczk e Shahidi, 2004). O etanol e ácidos orgânicos são desejáveis, são menos tóxicos que o metanol e HCl (Escribano-bailón et al., 2004). HCl apresenta elevado poder corrosivo e pode hidrolisar parcialmente os grupos acilados das antocianinas (Lopes et al., 2007).

10 Combinar fatores como volume e tipo de solvente, temperatura, tempo de extração e condições ótimas, resulta em maior rendimento de antocianinas (zhang et al., 2006). Proporção e tipo de solvente, concentração e tipo de ácido influenciaram na qualidade e no conteúdo de extrato de antocianinas do milho roxo (Yang et al., 2008). Temperatura, proporção sólido-líquido influenciaram na extração de um maior conteúdo de antocianinas da batata roxa (Fan et al., 2008). O conteúdo de antocianinas depende também: espécies, fatores ambientais e agronômicos.

11 Extratos de antocianinas são cada vez mais utilizados como ingredientes alimentares, desafio manter as propriedades de cor. Muitos alimentos que contêm antocianinas são processados termicamente antes do consumo e este processo pode influenciar o conteúdo final de antocianinas (Giusti e Wrolstad, 2003). O processamento térmico envolve aquecimento a temperaturas de 50 a 150 o C, dependendo do ph desejado, e da vida de prateleira do produto.

12 Estabilidade química das antocianinas Um dos focos de pesquisas recentes, porque apresentam elevado potencial para aplicações, efeitos benéficos a saúde e podem ser utilizadas como corantes naturais em alimentos, em substituição aos sintéticos. A estabilidade das antocianinas pode ser influenciada pelas propriedades intrínsecas do produto e do processo como temperatura, presença de enzimas, ph, luz, estrutura química, oxigénio, proteínas e íons metálicos (Rein, 2005).

13 Efeito da Temperatura Estudos relatam que as antocianinas degradam com o aumento da temperatura (Drdak e Daucik 1990; Havlikovae e Mikova 1985; Rhim, 2002). A combinação de operações como calor, branqueamento, pasteurização, e tempo reduz o teor de antocianinas de frutas e legumes. Temperatulas elevadas, branqueamento (95 o C por 3 min.) e pasteurização de blueberries degradou 43% do total das antocianinas monoméricas (Brownmiller et al., 2008).

14 Na fabricação de geléia de framboesa, na temperatura de ebulição entre 10 a 15 min, ocorreu perda de 10% a 80% de antocianinas (García-Viguera e Zafrilla, 2001). O branqueamento, fervura e cozimento, do repolho vermelho, resultou em perdas de antocianinas de 59%, 41% e 29%, respectivamente (Volden et al., 2008).

15 Antocianinas de cenouras foram estáveis a 70, 80 e 90 o C (Rhim 2002, Kirca, Ózkan, e Cemeroglu, 2006). Antocianinas (cianindina-3-glucosideo e pelargonidina- 3-glucosideo) de amoras e morango foram parcialmente degradadas pelo tratamento térmico a 70 o C por 2 min (Patras et al., 2009).

16 Possível degradação térmica de duas antocianinas comuns

17 Efeito Enzimático As antocianinas são enzimaticamente degradadas na presença da polifenoloxidase, pode ser inativada por aquecimento suave. O branqueamento ( 50 o C) tem efeito positivo no teor de antocianinas (Skredeet al., 2000). A adição de polpa de mirtilo branqueada em suco de blueberry, as antocianinas não degradaram. Enquanto que a adição da polpa de mirtilo não branqueada resultou numa perda de 50% (Rossi et al., 2003).

18 Efeito do ph 2,0 Absorbância (u.a) 1,5 1,0 0,5 ph 1,95 ph 2,14 ph 2,34 ph 2,54 ph 2,75 ph 2,95 ph 3,15 ph 3,35 ph 3,56 ph 3,75 ph 3,95 ph 4,15 ph 4,36 ph 1,9 ph 7,3 ph 1, Fonte: Pedro et al. (2016) Comprimento de onda (nm)

19 Efeito do ph na reversibilidade da estrutura das antocianinas do arroz preto. 2,5 2,0 ph = 1,90 (inicial) ph = 7,26 ph = 1,90 (final) ph 1,9 ph 7,3 ph 1,9 Absorbância (u.a) 1,5 1,0 0, Comprimento de onda (nm)

20 Mudanças estruturais em meio aquoso em função do ph Fonte: Março et al. (2003)

21 Copigmentação Copigmentação, de antocianinas poliglicosiladas e poliaciladas, inter e intramolecular proporciona maior estabilidade em relação a mudanças de ph, calor e luz (Francis, 1992). Copigmentação de antocianinas é o principal mecanismo de estabilização da cor em plantas (Davies & Mazza,1993). Antocianina acilada apresenta copigmentação intramolecular.

22 Copigmentos, flavonóis absorvem radiações UV, apresentam proteção adicional contra a fotodegradação das antocianinas Corantes ricos em antocianinas aciladas (cenoura, rabanete vermelho e repolho roxo) exibem grande estabilidade devido a copigmentação intramolecular (Malien-Aubert et al., 2001)

23 Extratos aquosos de frutos com um elevado teor de antocianinas contem misturas de diferentes compostos que atuam como copigmentos, associação intermolecular (Cevallos- Casals e Cisneros-Zevallos, 2004). Aumenta a estabilidade, antocianinas permanecem intactas em flores frutas e vegetais na natureza (Rentzsch et al., 2007; Rein e Heinonen, 2004).

24 1) Magericão roxo (Ocimum basilicum L.) Extração As antocianinas do manjericão roxo foram extraídas segundo Lees e Francis (1972), com modificações. Três gramas da amostra foram maceradas com 30 ml da mistura álcool etílico absoluto - ácido cítrico 1 mol L -1 (80:20 v/v). O conteúdo foi transferido para uma célula termostarizada, protegida da luz e sob agitação. O tempo e a temperatura de extração foram determinados segundo o planejamento. O extrato foi filtrado, o volume completado para 30 ml. Em seguida as antocianinas foram quantificadas segundo Lees & Francis (1972). A diluição dos extratos seguiu a Lei de Lambert-Beer.

25 Alguns Resultados

26 A energia de ativação foi de 44,95 kj mol -1. Para extratos de Hibiscus sabdariffa L., EA foi de 54 kj mol -1 (Mourtzinos et al., 2008). Valores reduzidos EA sugerem que os extratos são susceptíveis a degradação com a elevação da temperatura (Hou et al., 2013).

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28 O aumento no tempo de meia vida dos extratos em presença dos copigmentos e proteção à luz proporcionaram um aumento relevante na estabilidade dos extratos. A interação dos copigmentos com as antocianinas origina efeitos batocrômico, aumento no máximo da absorbância, e hipercrômico, deslocamento no comprimento de onda máximo (Bąkowska et al., 2003). Antocianinas de uvas Caberbet Sauvignon acrescidas de ácidos cafeico, tânico e gálico, protegidas da luz, o tempo de meia vida aumentou em relação ao controle (Gris et al., 2007; Gauche et al., 2010).

29 Fonte: Falcão et al.(2003) Copigmentação intramolecular ocorre quando o pigmento e o copigmento fazem parte da mesma molécula, quando o cromóforo da antocianina e o copigmento estão covalentemente ligados ao mesmo resíduo de açúcar (Brouillard, 1983; Mazza e Miniati, 1993). Modelo hipotético da copigmentação intramolecular

30 Os resíduos aromáticos de grupos acil se alinham com o cátion flavilium dificultando a adição da água nas posições 2 e 4 do anel. O processo de empilhamento impede as reações de transferência de prótons das moléculas, isso aumentam a estabilidade dos cromóforos. A maioria dos pigmentos acilados apresenta resíduos de ácidos cinâmico e/ou malônico esterificados aos açúcares. A cadeia flexível de sacarídios, permite o dobramento dos anéis aromáticos sobre a estrutura planar do anel pirilium (FIGUEIREDO et al., 1996).

31 Copigmentação Intermolecular Materiais e Métodos O efeito hipercrômico ocorre devido o aumento na [ ] de moléculas coloridas. O efeito batocrômico ocorre pela redução da polaridade do cromóforo flavilium, devido a associação com o copigmento por interações hidrofóbicas (Dangleset al., 1993; Brouillard et al., 1989). O complexo pigmento-copigmento formado depende da [ ] de ambos os compostos. Elevando-se a [ ], o efeito hipercrômico e o deslocamento batocrômico no comprimento de onda de máxima absorção também aumentam (Brouillard, 1983; Osawa, 1982).

32 Copigmentação intermolecular (1:1) entre Apigenidina e Quercetina-5 - ácido sulfônico Fonte: Iacobucci e Sweeny (1983).

33 Fonte: Castãneda-Ovando et al. (2009).

34 Agradecimentos Ao suporte financeiro da CAPES/PROAP and e o suporte do CLABMU/UEPG. Hibiscus sabdariffa

35 Referências: Brouillard R. The in vivo expression of anthocyanin colour in plants. Phytochemistry 1983, v. 22, n. 6, p Collins P.; Plumbly J. Natural colors: stable future? Food Tech Europe 1995, v. 49, n. 2, p Delgado-Vargas F.; Jiménez A. R; Paredes-López O. Natural Pigments: Carotenoids, Anthocyanins, and Betalains - Characteristics, Biosynthesis, Processing, and Stability. Food Sci. Nutrit 2000., v. 40, p Francis F. J. Food colorants: anthocyanins. Food Science and Nutrition 1989, v. 28, p Freund P. R.; Washan C. J.; Maggion M. Natural color for use in foods. Cereal Foods World 1988, v. 33, n. 7, p García-Viguera C.; Bridle P. Infuence of structure on colour stability of anthocyanins and favylium salts with ascorbic acid. Food Chemistry 1999, v. 64, p Lees D. H.; Francis F. J. Standardization of pigment Analyses in Cranberries. HortScience 1972, v. 7, p Markakis P. Anthocyanins as food additives. In: MARKAKIS, P. Anthocyanins as food colors. New York: Academic Press 1982, p