Guanxuma (Sida rhombifolia l.): obtenção de extratos com potencial antioxidante por métodos a alta pressão e encapsulação via spray-drying

Abstract

Sida rhombifolia é uma planta extensivamente conhecida no Brasil, principalmente pelo nome popular Guanxuma. Sua popularidade como erva medicinal é reconhecida em várias partes do mundo, no entanto, ainda são escassos os estudos mais aprofundados que elucidem seus benefícios. O objetivo deste estudo foi selecionar dentre as técnicas de extração, convencionais em comparação à métodos mais avançados, a rota que melhor corresponde a extração de compostos bioativos a partir de S. rhombifolia. Extração Supercrítica (ESC) e Extração com Líquido Pressurizado (PLE), foram avaliadas e integradas para recuperar compostos fenólicos das folhas de S. rhombifolia. Além disso, foi avaliada a despressurização na ESC visando aumentar a eficiência do PLE num conceito de biorrefinaria. O conteúdo fenólico total dos extratos foi determinado pelo método de Folin-Ciocalteu, e a atividade antioxidante in vitro foi obtida pelos métodos DPPH e ABTS, enquanto a análise de ruptura da parede celular decorrente do processo de despressurização foi comprovada pela análise de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). O maior teor fenólico (91 mg GAE·g-1) e a capacidade antioxidante por ABTS (4,3 mmol TE·g-1 extrato) foram obtidos por PLE a partir do resíduo da ESC após rápida taxa de despressurização. A análise de dados obtidos por cromatografia LC-ESI-MS/MS identificou 31 compostos fenólicos dos extratos, dos quais 21 foram reportados pela primeira vez em associação com a S. rhombifolia. Isoquercitina foi o principal fenólico dos extratos. A integração dos processos ESC e PLE possibilitou recuperar diferentes frações das folhas de S. rhombifolia e melhorou o rendimento de processo e o potencial antioxidante dos extratos. A segunda parte do trabalho consistiu avaliação do escalonamento em quatro vezes a quantidade amostral de PLE para viabilizar maior recuperação em massa do extrato vegetal, com as características apresentadas na primeira etapa deste estudo. Para tanto, os dados experimentais foram modelados matematicamente, para descrever o comportamento de transferência de massa na fase soluto/solvente, sendo que o modelo de Sovová (1994) demonstrou o melhor ajuste, seguido de Martínez (2003) e Esquível (1999), respectivamente. Os resultados para atividade antioxidante não apresentaram diferença estatística (p>0,05) entre os processos de diferentes escalas. Já para composição de fenólicos, os extratos obtidos na escala ampliada foram estatisticamente superiores aos da menor escala (CFT 62,97 e 74,57 (mg EAG·g-1)), o que pode ser atribuído à maior massa de amostras envolvida no processo, mas que também corresponde à uma maior recuperação de compostos bioativos. Dessa forma, um maior volume de extrato possibilita a manipulação do mesmo para confecção de produtos com propriedades antioxidantes de fonte renovável. Para tanto, na terceira parte do trabalho a técnica de microencapsulação do extrato de S. rhombifolia por meio de spray-drying visa proporcionar a manutenção da estabilidade do extrato. Spray-dry é uma operação unitária de secagem, técnica difundida no setor industrial de produção alimentos. A formação de microcápsulas por meio desta técnica está associada à utilização de um material encapsulante, nesse caso a maltodextrina (MD) (DE-10) à 20 % (m/m) foi estudada como amostra controle (MSD). Foram avaliadas, incorporações de 2,5 e 5,0 % de extrato de S. rhombifolia como material de núcleo nas soluções base (MD + água) para a encapsulação, denominadas ME 2,5 e ME 5,0, respectivamente. A obtenção de microcápsulas foi avaliada quanto à eficiência do processo e sua morfologia por meio de imagens em MEV. A autofluorescência atribuída aos compostos fenólicos foi observada por meio dos ensaios de Microscopia de Fluorescência, indicando que os compostos presentes no extrato emitem fluorescência e assim corroboram com os resultados de MEV, onde foi possível observar partículas de núcleo em cápsulas fragmentadas. Além disso, as análises térmicas indicam resultados de maior estabilidade ao ME 2,5. Os parâmetros de cor indicaram que MD protegeu as microcápsulas pela formação de revestimento ao extrato, mas também expõem diferença na variação de cor entre ME 2,5 e ME 5,0. As análises de capacidade de retenção a óleo (CRO) e capacidade de retenção a água (CRA) indicaram que os materiais microencapsulados são altamente higroscópicos, uma vez que as amostras foram totalmente solubilizadas no ensaio de CRA, e baixa CRO. A cinética de adsorção de umidade foi avaliada em 8,25 h até a estabilização da umidade relativa, os dados obtidos tiveram bons ajustes ao modelo de Peleg. As curvas de isotermas de adsorção apresentaram um aumento da umidade de equilíbrio com o aumento da atividade de água, com melhores ajustes (R² = 0,99) para o modelo de GAB em comparação ao modelo de BET. Portanto, a microencapsulação de compostos fenólicos de fonte vegetal renovável pode ser uma alternativa viável à obtenção de produto para incorporação na formulação de alimentos.

Abstract: Sida rhombifolia is a plant widely known in Brazil, mainly by the popular name Guanxuma. Its popularity as a medicinal herb is recognized in many parts of the world; however, further studies to elucidate its benefits are still scarce. The aim of this study was to select among the conventional extraction techniques compared to the most advanced methods, the route that best corresponds to the extraction of bioactive compounds from S. rhombifolia. Supercritical Extraction (SFE) and Pressurized Liquid Extraction (PLE) were evaluated and integrated to recover phenolic compounds from S. rhombifolia leaves. In addition, depressurization in SFE was evaluated to increase the efficiency of PLE in a biorefinery concept. The total phenolic content of the extracts was determined by the Folin-Ciocalteu method, and the in vitro antioxidant activity was obtained by the DPPH and ABTS methods, while the cell wall rupture analysis resulting from the depressurization process was confirmed by the scanning eletron microscopy analysis (SEM). The highest phenolic content (91 mg GAE · g-1) and antioxidant capacity by ABTS (4.3 mmol TE · g-1 extract) were obtained by PLE from the SFE residue after rapid depressurization rate. LC-ESI-MS / MS chromatographic data analysis identified 31 phenolic compounds from the extracts, 21 of which were first reported in association with S. rhombifolia. Isoquercitin was the main phenolic of the extracts. The integration of SFE and PLE processes made it possible to recover different fractions of S. rhombifolia leaves and improved the process yield and antioxidant potential of the extracts. The second part of the work consisted of evaluation of the four times the sample quantity of PLE to enable greater mass recovery of the plant extract, with the characteristics presented in the first stage of this study. For this, the experimental data were mathematically modeled to describe the mass transfer behavior in the solute / solvent phase, and the Sovová (1994) model showed the best fit, followed by Martínez (2003) and Esquível (1999), respectively. The results for antioxidant activity showed no statistical difference (p> 0.05) between the processes of different scales. For phenolic composition, the extracts obtained in the enlarged scale were statistically superior to those of the smaller scale (CFT 62.97 and 74.57 (mg EAG · g-1)), which can be attributed to the larger sample mass involved in the study. process but also corresponds to a greater recovery of bioactive compounds. Thus, a larger volume of extract allows its manipulation to produce products with antioxidant properties of renewable source. Therefore, in the third part of the work the technique of microencapsulation of S. rhombifolia extract by spray drying aims to maintain the stability of the extract. Spray-dry is a unitary drying operation, a widespread technique in the industrial food production sector. Microcapsule formation by this technique is associated with the use of an encapsulating material, in which case the 20% (w / w) maltodextrin (MD) (DE-10) was studied as a control sample (MSD). Incorporations of 2.5 and 5.0% S. rhombifolia extract as core material in the base solutions (MD + water) for the encapsulation, called ME 2.5 and ME 5.0, respectively, were evaluated. Microcapsules were evaluated for process efficiency and morphology through SEM images. The autofluorescence attributed to phenolic compounds was observed through the fluorescence microscopy assays, indicating that the compounds present in the extract emit fluorescence and thus corroborate the SEM results, where it was possible to observe nucleus particles in fragmented capsules. In addition, thermal analyzes indicate results of greater stability to ME 2.5. The color parameters indicated that MD protected the microcapsules by coating formation on the extract, but also expose difference in color variation between ME 2.5 and ME 5.0. Oil retention capacity (ORC) and water retention capacity (WRC) analyzes indicated that microencapsulated materials are highly hygroscopic since the samples were fully solubilized in the WRC assay and low ORC. Moisture adsorption kinetics was evaluated at 8.25 h until the relative humidity stabilization, the obtained data had good adjustments to the Peleg model. Adsorption isotherm curves showed an increase in equilibrium moisture with increasing water activity, with better adjustments (R² = 0.99) for the GAB model compared to the BET model. Therefore, microencapsulation of phenolic compounds from renewable plant sources may be a viable alternative to obtaining product for incorporation into the food formulation.