Biorefinery of ora-pro-nobis leaves for the recovery of neuroprotective, antioxidant and protein fractions

Abstract

As folhas de ora-pro-nobis (Pereskia sp.) são amplamente utilizadas em algumas regiões do Brasil como alimento. Estudos confirmam seu potencial antioxidante e o alto valor nutricional, com teor de proteínas em torno de 20%, sugerindo possível emprego industrial da ora-pro-nobis (OPN). As tecnologias alternativas de extração assistidas por microondas (MAE), e extrações a alta pressão, como extração por fluido supercrítico (ESC), extração por meio de líquido pressurizado (ELP), extração com líquido expandido (ELE) e extração com água subcrítica (EAS), são tecnologias alternativas e ambientalmente amigáveis dependendo do solvente empregado. As técnicas de extração, empregadas de forma combinada buscam aplicar uma abordagem de biorrefinaria para melhor aproveitamento da OPN. Foram utilizadas duas espécies de OPN, Pereskia grandifolia e Pereskia aculeata, submetidas aos diferentes processos de extração para investigar o efeito das variáveis de processo. MAE realizado entre 70 e 150 °C, 5 a 15 min e água, etanol e mistura de água e etanol (50%) como solventes. A ESC foi realizada a 25 MPa, temperaturas de 40, 50 e 60 °C e CO2 como solvente; ELP foi realizada a 10 MPa, água e etanol como solventes e temperaturas de 50, 80 e 110 °C. ELE foi realizada a 7 MPa, etanol e CO2 como solventes (25, 45, 75 e 100% etanol) e a 40 °C, e EAS foi realizada a 10 MPa e temperaturas de 80 a 185 °C. Os processos foram integrados para a melhor recuperação dos compostos bioativos da OPN, empregando as condições otimizadas nos processos individuais. A atividade antioxidante dos extratos foi avaliada por diferentes métodos, o conteúdo de fenólicos total (CFT) foi determinado pelo método de Folin-Ciocalteu e o teor de proteína solúvel total, determinado pelos métodos de Bradford e ácido bicinconínico, foi avaliado em extratos aquosos de extratos de alta pressão isolados e combinados. Nos estudos do MAE, o perfil fenólico das amostras mostrou o ácido elágico e o ácido p-anísico sendo primeiramente reportados como principais fenólicos presentes em folhas de ora-pro-nobis. Para folhas de Pereskia aculeata, o melhor rendimento foi encontrado na ESC 40 °C, a melhor atividade antioxidante foi encontrada na ELP 110 °C com etanol e ELP 80 °C usando água como solvente. Essas condições foram utilizadas em processo integrado para avaliar a qualidade dos extratos. O uso de ESC e ELP etanol antes da ELP com água mostrou-se eficiente para melhorar a atividade antioxidante, o CFT e o teor de proteínas solúveis do extrato aquoso. Os principais compostos encontrados nas amostras de ESC foram terpenóides e nas amostras de ELP e EAS foram flavonoides. As amostras de ESC apresentaram moderada atividade anticolinérgica e atividade anti-inflamatória, ambas envolvidas no processo de Alzheimer. Um segundo processo de integração foi sugerido para a biorrefinaria de folhas de P. aculeata. No geral, as melhores atividades antioxidantes foram das amostras extraídas com água subcrítica. Ácido caftárico e derivados de quercetina, kaempferol e isorhamnetin foram encontrados nas amostras de etanol e água, o que pode explicar a alta atividade antioxidante.

Abstract: Ora-pro-nobis (Pereskia sp.) leaves are widely used in some regions of Brazil as food. Studies confirm its antioxidant potential and high nutritional value, with a protein content around 20%, suggesting a possible industrial use of ora-pro-nobis (OPN). Alternative extraction technologies such as microwave assisted extraction (MAE), and high-pressure extractions such as supercritical fluid extraction (SFE), pressurized liquid extraction (PLE), gas-expanded liquids (GXL) and subcritical water extraction (SWE) are considered environmentally friendly technologies depending on the solvent used. Extraction techniques, used in combination, are inserted in a biorefinery approach to better use of OPN. Two species of OPN, Pereskia grandifolia and Pereskia aculeata, submitted to different extraction processes were used to investigate the effect of process variables. MAE was carried out at temperatures between 70 and 150°C, time from 5 to 15 min and water, ethanol and a mixture of water and ethanol (50%) as solvents. SFE was performed at 25 MPa, temperatures of 40, 50 and 60 °C and CO2 as solvent; PLE was performed at 10 MPa, water and ethanol as solvents and temperatures of 50, 80 and 110 °C. GXL was performed at 7 MPa, ethanol and CO2 as solvents (25, 45, 75 and 100% ethanol) and at 40 °C, and SWE was performed at 10 MPa and temperatures from 80 to 185 °C. The processes were integrated for the best recovery of OPN bioactive compounds, employing the optimized conditions in the individual processes. The antioxidant activity of the extracts was evaluated by different methods, the total phenolic content (TPC) was determined by the Folin-Ciocalteu method and the total soluble protein content, determined by the Bradford and bicinchoninic acid methods, was evaluated in aqueous extracts of isolated and combined high pressure extracts. In the MAE studies, the phenolic profile of the samples showed ellagic acid and p-anisic acid being first reported as the main phenolics present in OPN leaves. For Pereskia aculeata leaves, the best yield was found at SFE 40 °C, the best antioxidant activity was found at PLE 110 °C with ethanol and PLE 80 °C using water as solvent. These conditions were used in an integrated process to assess the quality of extracts. The use of SFE and PLE ethanol before PLE with water proved to be efficient in improving the antioxidant activity, TPC and soluble protein content of the aqueous extract. The main compounds found in SFE samples were terpenoids and in PLE and SWE samples were flavonoids. SFE samples showed moderate anticholinergic activity and anti-inflammatory activity, both involved in the Alzheimer's disease mechanism. A second integration process has been suggested for the P. aculeata biorefinery. Overall, the best antioxidant activities were from samples extracted with subcritical water, andcaftaric acid, quercetin, kaempferol and isorhamnetin derivatives were found in ethanol and water samples, which may explain the high antioxidant activity.