Uma abordagem upcycling do resíduo da quinoa (Chenopodium quinoa Willd) para a recuperação de bioativos

Abstract

A quinoa (Chenopodium quinoa) é um grão nativo dos Andes, destacando-se por sua riqueza nutricional e adaptação a ambientes desafiadores, impulsionando seu crescimento na produção global. Atualmente, a empresa brasileira de cosméticos Grupo Boticário, utiliza essa matéria prima para obtenção do bioéster de quinoa. Entretanto, nesse processo há a geração do resíduo de quinoa (RQ) como subproduto, que por sua vez, é rico em proteínas (14,94 ? 16,49 %), polissacarídeos (59,31 ? 59,99 %) e metabólitos secundários (20,04 ? 22,47 %). Os metabólitos secundários, como ácidos fenólicos, flavonoides e saponinas, são responsáveis por proteger a planta e auxiliar na adaptação dos ambientes, conferindo à quinoa uma concentração significativa de compostos bioativos. O presente estudo teve como objetivo valorizar o RQ utilizando o conceito upcycling para obter compostos bioativos, empregando diferentes técnicas de extração, incluindo a extração convencional com agitação e solvente (CSE), extração assistida por ultrassom (UAE) e extração com líquidos pressurizados (PLE). Os extratos obtidos foram avaliados em relação aos compostos fenólicos totais (CFT), flavonoides totais (FT), saponinas totais (ST), atividade antioxidante in vitro (DPPH e ABTS) e a identificação e quantificação dos compostos fenólicos individuais foi realizada por HPLC?ESI-MS/MS. Após a determinação dos compostos bioativos, foi observado que a CSE apresentou as maiores concentrações de CFT = 211,15 ± 3,78 mg GAE.100 g-1 de extrato, FT = 42,57 ± 3,61 mg CTE.100 g-1 de extrato, ST = 3,56 ± 0,02 g Saponina.100 g-1 de extrato e a menor concentração para inibir o radical DPPH, com IC50 = 4,65 ± 0,01 mg.mL-1. Além disso, métricas sustentáveis foram aplicadas, indicando que o extrato obtido por CSE pode ser considerado um excelente método de extração verde, com uma pontuação de 93,46. Adicionalmente, análises in silico, através da ancoragem molecular, foram aplicadas para prever interações entre enzimas proteolíticas relevantes na degradação do colágeno, elastina e tirosina, determinando o potencial do extrato e os principais compostos fenólicos identificados no RQ. O extrato da CSE também foi submetido a análises para avaliar a qualidade e viabilizar aplicações cosméticas, como o fator de proteção solar (FPS = 35,26), capacidade de formar emulsão (EAI = 7,44 ± 0,33 m2.g-1) e espuma (FC = 6,67%), atividade antimicrobiana contra Staphylococcus aureus (69 % de inibição e IC50 = 1,32 mg.mL-1). Além disso, foi avaliado aatividade anti-metaloproteinases in vitro por meio do potencial de inibição da colagenase (IC50 = 0,33 mg.mL-1) eelastase (IC50 = 2,22 mg.mL-1) e tirosinase (IC50= 3,26 mg.mL-1), o que deu suporte aos dados in silico. Assim, o resíduo de quinoa, sob uma abordagem upcycling, pode ser integrado em processos produtivos para a obtenção de compostos bioativos com alto valor agregado. O extrato de RQ obtido por CSE destaca-se pela elevada capacidade antioxidante, proteção UV, propriedades emulsificantes, antimicrobianas, e pela inibição enzimática de proteases cutâneas, oferecendo benefícios como elasticidade, firmeza e clareador de manchas, apresentando potencial como ativo em protetores solares, cremes hidratantes e dermocosméticos.A quinoa (Chenopodium quinoa) é um grão nativo dos Andes, destacando-se por sua riqueza nutricional e adaptação a ambientes desafiadores, impulsionando seu crescimento na produção global. Atualmente, a empresa brasileira de cosméticos Grupo Boticário, utiliza essa matéria prima para obtenção do bioéster de quinoa. Entretanto, nesse processo há a geração do resíduo de quinoa (RQ) como subproduto, que por sua vez, é rico em proteínas (14,94 ? 16,49 %), polissacarídeos (59,31 ? 59,99 %) e metabólitos secundários (20,04 ? 22,47 %). Os metabólitos secundários, como ácidos fenólicos, flavonoides e saponinas, são responsáveis por proteger a planta e auxiliar na adaptação dos ambientes, conferindo à quinoa uma concentração significativa de compostos bioativos. O presente estudo teve como objetivo valorizar o RQ utilizando o conceito upcycling para obter compostos bioativos, empregando diferentes técnicas de extração, incluindo a extração convencional com agitação e solvente (CSE), extração assistida por ultrassom (UAE) e extração com líquidos pressurizados (PLE). Os extratos obtidos foram avaliados em relação aos compostos fenólicos totais (CFT), flavonoides totais (FT), saponinas totais (ST), atividade antioxidante in vitro (DPPH e ABTS) e a identificação e quantificação dos compostos fenólicos individuais foi realizada por HPLC?ESI-MS/MS. Após a determinação dos compostos bioativos, foi observado que a CSE apresentou as maiores concentrações de CFT = 211,15 ± 3,78 mg GAE.100 g-1 de extrato, FT = 42,57 ± 3,61 mg CTE.100 g-1 de extrato, ST = 3,56 ± 0,02 g Saponina.100 g-1 de extrato e a menor concentração para inibir o radical DPPH, com IC50 = 4,65 ± 0,01 mg.mL-1. Além disso, métricas sustentáveis foram aplicadas, indicando que o extrato obtido por CSE pode ser considerado um excelente método de extração verde, com uma pontuação de 93,46. Adicionalmente, análises in silico, através da ancoragem molecular, foram aplicadas para prever interações entre enzimas proteolíticas relevantes na degradação do colágeno, elastina e tirosina, determinando o potencial do extrato e os principais compostos fenólicos identificados no RQ. O extrato da CSE também foi submetido a análises para avaliar a qualidade e viabilizar aplicações cosméticas, como o fator de proteção solar (FPS = 35,26), capacidade de formar emulsão (EAI = 7,44 ± 0,33 m2.g-1) e espuma (FC = 6,67%), atividade antimicrobiana contra Staphylococcus aureus (69 % de inibição e IC50 = 1,32 mg.mL-1). Além disso, foi avaliado aatividade anti-metaloproteinases in vitro por meio do potencial de inibição da colagenase (IC50 = 0,33 mg.mL-1) eelastase (IC50 = 2,22 mg.mL-1) e tirosinase (IC50= 3,26 mg.mL-1), o que deu suporte aos dados in silico. Assim, o resíduo de quinoa, sob uma abordagem upcycling, pode ser integrado em processos produtivos para a obtenção de compostos bioativos com alto valor agregado. O extrato de RQ obtido por CSE destaca-se pela elevada capacidade antioxidante, proteção UV, propriedades emulsificantes, antimicrobianas, e pela inibição enzimática de proteases cutâneas, oferecendo benefícios como elasticidade, firmeza e clareador de manchas, apresentando potencial como ativo em protetores solares, cremes hidratantes e dermocosméticos.

Abstract: Quinoa (Chenopodium quinoa Willd) is a grain native to the Andes, standing out for its nutritional richness and adaptability to challenging environments, contributing to its global production growth. The Brazilian cosmetics company Grupo Boticário currently employs quinoa as a raw material to produce quinoa bioester. However, this process generates quinoa residue (RQ) as a byproduct, rich in protein (14,94 ? 16,49 %), polysaccharides (59,31 ? 59,99 %), and secondary metabolites (20,04 ? 22,47 %). These secondary metabolites, integral to the plant?s defense and environmental adaptation, endow quinoa with a significant concentration of bioactive compounds such as phenolic acids, flavonoids, and saponins. This study aims to valorize RQ using the upcycling concept to obtain bioactive compounds through various extraction techniques, including conventional solvent extraction (CSE), ultrasound-assisted extraction (UAE) and pressurized liquid extraction (PLE). The obtained extracts were assessed for total phenolic compounds (CFT), total flavonoid compounds (FT), total saponins (ST), antioxidant activity (DPPH and ABTS), and identification and quantification of individual phenolic compounds using HPLC?ESI-MS/MS. Result revealed that CSE yielded the highest concentrations of CFT = 211.15 ± 3.78 mg GAE.100 g-1 of extract, FT = 42.57 ± 3.61 mg CTE.100 g-1 of extract, and ST = 3.56 ± 0.02 g Saponin.100 g-1 of extract. Sustainable metrics were applied, indicating that the extract obtained by CSE was considered an excellent green extraction method, with a score of 94.45. Molecular docking analyses predicted interactions with relevant proteolytic enzymes involved in collagen, elastin, and tyrosine degradation, demonstrating the extract's potential and the key phenolic compounds in QR. The CSE extract underwent analyses for cosmetic applications, including sun protection factor (SPF = 35.26), techno-functional analyses to evaluate the potential of the extract for emulsion (EAI=7,44 ± 0,33 m2.g-1) and foam formation (FC = 6.67%). Besides, antimicrobial activity against Staphylococcus aureus (69% inhibition and IC50 = 1.32 mg.mL-1), and anti-metalloproteinase activity by in vitro inhibition potencial of collagenase (IC50 = 0.33 mg.mL-1), elastase (IC50 = 2.22 mg.mL-1), and tyrosinase (IC50= 3.26 mg.mL-1) were also observed, supporting the in silico data. In conclusion, quinoa residue, through an upcycling approach, can be integrated into production processes to yield bioactive compounds with high added value. The CSE extract from QR stands out for its potent antioxidant capacity, UV protection, emulsifying properties, antimicrobial activity, and enzymatic inhibition of skin proteases, offering benefits such as elasticity and firmness. It suggests potential as an active ingredient in creams and dermocosmetics.