Valorização de subprodutos da vinificação (Vitis Vinifera L.): composição bioativa, bioacessibilidade in vitro e potencial biológico em células

Abstract

O processo de vinificação gera grandes quantidades de subprodutos. A recuperação de compostos bioativos a partir de subprodutos e sua posterior aplicação representa uma oportunidade de mercado promissora para os vitivinicultores e para a indústria de alimentos e pode contribuir para o desenvolvimento sustentável do setor. O objetivo deste trabalho foi aplicar tecnologias de extração e concentração para recuperar os compostos bioativos presentes no bagaço de uva e borra de vinho (Vitis vinifera L.). O processo de extração verde foi otimizado para recuperar antocianinas provenientes do bagaço de uva, seguindo um planejamento central composto, onde as variáveis independentes foram volume de solvente (água: solução de ácido cítrico (v/v)), tempo (min) e pH do solvente. O teor de antocianinas monoméricas totais foi a variável dependente utilizada na otimização. O extrato com maior concentração de antocianinas obtido na otimização da extração foi aplicado no processo de crioconcentração em blocos gravitacional. As frações concentradas e o extrato inicial, foram caracterizados quanto à concentração de compostos bioativos e composição físico-química. As amostras de borra de vinho foram desidratadas em estufa com circulação de ar e avaliada quanto à cinética de secagem utilizando curvas de secagem a 40 oC Após o processo de secagem, quatro métodos de extração: agitador orbital, ultrassom, agitação térmica e extração por líquido pressurizado foram aplicados para recuperação de antocianinas da borra de vinho seca. Um planejamento central composto foi aplicado para a extração por líquido pressurizado, onde as variáveis independentes foram temperatura (ºC) e proporção de solvente (etanol: solução de ácido cítrico 0,1 mol/L (v/v)) e a variável resposta foi o teor de antocianinas monoméricas totais. O extrato da borra de vinho obtido através da otimização foi caracterizado quanto ao perfil fenólico e à bioacessibilidade das antocianinas após simulação gastrointestinal in vitro. Além disso, a atividade antiproliferativa in vitro do extrato foi avaliada. Como resultados deste trabalho observou-se como resposta máxima para extração de antocianinas do bagaço de uva o volume de 10 mL de solução de água:ácido cítrico, em pH de 1,8. A aplicação de crioconcentração no extrato de bagaço de uva demonstrou ser um método eficaz para concentração de compostos bioativos. Após três estágios de concentração, sólidos totais, fenólicos totais e antocianinas monoméricas totais foram aproximadamente 5 vezes superiores à condição inicial do extrato. O aumento na concentração de compostos bioativos atingiu uma eficiência de processo de 93,11% (estágio 1) para compostos fenólicos e 90,63% (estágio 2) para as antocianinas totais. Considerado os resultados obtidos, conclui-se que a crioconcentração é uma opção promissora para o extrato do bagaço de uva, que pode ser otimizado para preservar e concentrar os compostos bioativos deste subproduto. Com relação às borras de vinho, observou-se que o processo de desidratação convectiva a 40 oC, durante 420 minutos de secagem removeu 88% de água da amostra. Dentre os diferentes métodos de extração, observou-se que a extração por líquido pressurizado em modo estático apresentou maior teor de antocianinas monoméricas totais no extrato e suas as condições de extração e foram otimizadas para obtenção de um extrato rico em antocianinas provenientes da borra do vinho, com a temperatura de 55ºC, e o solvente etanol:ácido cítrico 0,1 mol/L utilizado na proporção de 50:50 v/v. As antocianinas delfinidina-3-glicosídeo, cianidina-3-glicosídeo, petunidina-3-glicosídeo, peonidina-3-glicosídeo e malvidina-3-glicosídeo foram identificadas e devidamente quantificadas, sendo a malvidina a majoritária na borra do vinho. Durante a digestão in vitro, mudanças importantes foram observadas nas concentrações de antocianinas após a passagem pelas fases gástrica e intestinal. A análise de digestão in vitro do extrato da borra de vinho mostrou que todas as antocianinas são bioacessíveis na fase oral e na fase gástrica da digestão gastrointestinal simulada, no entanto na fase intestinal apenas a delfinidina-3glicosídeo e a malvidina-3-glicosídeo são bioacessíveis. Além disso o extrato não apresentou citotoxicidade para viabilidade celular de fibroblastos murinos (L929) na concentração de 500 µg/mL de extrato da borra de vinho e apresentou citoproteção (500 µg/mL) quando submetidos ao estresse oxidativo com H2O2. Os resultados evidenciam o potencial dos subprodutos de vinificação tanto do ponto de vista tecnológico como corante natural e quando do ponto de vista da saúde como ingrediente de produtos nutracêuticos.

Abstract: The winemaking process generates large amounts of by-products. The recovery of bioactive compounds from by-products and their subsequent application represents a promising market opportunity for winegrowers and the food industry, providing the sustainable development of the sector. The aim of this work was to apply extraction and concentration technologies to recover the bioactive compounds present in grape pomace and wine lees (Vitis vinifera L.). The green extraction process was optimized to recover anthocyanins from grape pomace, following a central composite design, where the independent variables were solvent volume (water: citric acid solution (v/v)), time (min) and solvent pH. The content of total monomeric anthocyanins was the dependent variable used in the optimization. The extract with the highest concentration of anthocyanins obtained in the optimization of the extraction was applied in the process of cryoconcentration in gravitational blocks. The concentrated fractions and the initial extract were characterized according to the concentration of bioactive compounds and physicochemical composition. Wine grounds samples were dehydrated in an oven with air circulation and evaluated for drying kinetics using drying curves at 40 oC After the drying process, four extraction methods: orbital stirrer, ultrasound, thermal agitation and pressurized liquid extraction were applied to recover anthocyanins from dried wine grounds. A composite central design was applied for pressurized liquid extraction, where the independent variables were temperature (ºC) and solvent proportion (ethanol: citric acid solution 0.1 mol/L (v/v)) and the response variable was total monomeric anthocyanin content. The extract of wine lees obtained through optimization was characterized for phenolic profile and bioaccessibility of anthocyanins after in vitro gastrointestinal simulation.In addition, the in vitro antiproliferative activity of the extract was evaluated. As a result of this study, the maximum response for the extraction of anthocyanins from grape pomace was the volume of 10 mL of water:citric acid solution, at a pH of 1.8. The application of cryoconcentration in grape pomace extract has been shown to be an effective method for concentration of bioactive compounds. After three stages of concentration, total solids, total phenolics and total monomeric anthocyanins were approximately 5 times higher than the initial condition of the extract. The increase in the concentration of bioactive compounds reached a process efficiency of 93.11% (stage 1) for phenolic compounds and 90.63% (stage 2) for total anthocyanins. Considering the results obtained, it is concluded that cryoconcentration is a promising option for grape pomace extract, which can be optimized to preserve and concentrate the bioactive compounds of this by-product. Regarding the wine lees, it was observed that the convective dehydration process at 40 oC during 420 minutes of drying removed 88% of water from the sample. Among the different extraction methods, it was observed that the extraction by pressurized liquid in static mode presented the highest content of total monomeric anthocyanins in the extract and its ingredients. citric acid 0.1 mol. L-1 used in a ratio of 50:50 v/v. The anthocyanins delphinidin-3-glucoside, cyanidin-3-glucoside, petunidin-3-glucoside, peonidin-3-glucoside and malvidin-3-glucoside were identified and properly quantified, with malvidin being the majority in wine lees. During in vitro digestion, important changes were observed in anthocyanin concentrations after passing through the gastric and intestinal phases. In vitro digestion analysis of wine lees extract showed that all anthocyanins are bioaccessible in the oral and gastric phase of sham gastrointestinal digestion, however in the intestinal phase only delphinidin-3glycoside and malvidin-3-glucoside are bioaccessible. In addition, the extract did not show cytotoxicity for cell viability of murine fibroblasts (L929) at the concentration of 500 µg/mL of wine lees extract and showed cytoprotection (500 µg/mL) when subjected to oxidative stress with H2O2. The results show the potential of winemaking by-products both from a technological point of view as a natural colorant and when from a health point of view as an ingredient of nutraceutical products.