Metaboloma parcial de raízes de genótipos de mandioca de mesa (Manihot esculenta Crantz), com ênfase nas frações amídicas e carotenóidicas, como ferramenta biotecnológica à avaliação da qualidade nutricional e de potencial de uso industrial

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Vegetal, Florianópolis, 2013.A determinação do metaboloma parcial de raízes de genótipos de mandioca (Manihot esculenta Crantz) cultivados por agricultores familiares no estado de Santa Catarina - Brasil e conservados no bancode germoplasma da Epagri representa uma iniciativa inovadora e adequada, pois aprofunda o conhecimento sobre as peculiaridades metabólicas daqueles genótipos, contribuindo a uma caracterização mais detalhada do germoplasma. Esta abordagem subsidia a avaliação dopotencial das biomassas radiculares como fontes de compostos deinteresse nutricional à saúde humana. Assim, protocolos de análise dometaboloma de mandioca foram estabelecidos, com ênfase em genótiposcom polpa pigmentada e potencial uso industrial à produção de fécula.Para tal, uma plataforma analítica típica de estudos metabolômicos e.g.,LC, FTIR, UV-vis e DRX, associada a ferramentas de bioinformática,foi utilizada à análise do amido e frações (amilose e amilopectina), àdeterminação dos perfis carotenoídico e fenólico de amostras de dezacessos de mandioca. Os dados gerados revelam a existência degenótipos com constituições amídicas significativamente distintas. Astécnicas analíticas empregadas e os ensaios reológicos realizados,associados às analises quimiométricas (PCAs e clusters), possibilitaramdiscriminar os genótipos de acordo com as peculiaridades físicoquímicase funcionais da fração amídica, sugerindo potenciais de usoindustrial eventulamente discrepantes. Em uma segunda abordagem,considerando os conteúdos de metabólitos secundários, raízes degenótipos com polpa branca (Apronta mesa, Oriental, Salézio, Estação eCrioulo de Videira) apresentaram menores concentrações decarotenoides totais (1,38 ± 0,75 µg.g-1? 5,02 ± 1,27 µg.g-1),comparativamente ao genótipo com pigmentação rosada i.e., 169,8 ±17,9 µg.g-1. Genótipos de raízes amarelas (Pioneira, Amarela, Catarina eIAC-576-70) apresentaram conteúdo médio de 18,1 ± 3,31 µg.g-1 decarotenoides totais. A análise cromatográfica identificou os isômeros deposição cis-ß- e trans-ß-caroteno (majoritário), além de a-caroteno,luteína e ß-criptoxantina nos genótipos analisados, detectando apresença de licopeno somente no genótipo Rosada. Os conteúdosmédios de fenólicos totais em raízes frescas variaram de 32,59 ± 6,34µg.g-1 (IAC 576-70) a 128,32 ± 18,20 µg.g-1 (Rosada). A análisecromatográfica identificou os metabólitos: Epigalocatequina(majoritário), ácido gálico, quercetina, ácido clorogênico, ácido phidróxibenzóicoe epicatequina galato. Tomados em conjunto, osresultados obtidos podem ser empregados como ferramentas de apoioaos programas de melhoramento genético de mandioca assistidosbioquimicamente, otimizando o processo de seleção da diversidadegenética existente em bancos de germoplasma. Adicionalmente, osresultados enfatizam a importância da manutenção on farm destesgenótipos pelos agricultores familiares do sul do Brasil e em bancos degermoplasma, porque representam uma importante fonte de recursosfitogenéticos com características nutricionais e industriais promissoras. Abstract : The determination of the partial metabolome of cassava root (Manihotesculenta Crantz) of genotypes grown by family farmers in southernBrazil ( Santa Catarina state) and conserved at Epagri´s genebankrepresents an innovative and suitable strategy to gain insights as to theirmetabolic peculiarities. Such an approach also subsidizes the evaluationof the potential of those biomasses as sources of compounds withnutritional interest and industrial usage. Thus, this work developedprotocols for the metabolomic analysis of M. esculenta, focusing on tengenotypes with roots of pigmented flesh and claimed industrial potentialfor starch production. For that, the content and the physicochemicalproperties of the starch fraction and the carotenoid and phenolic profilesof the root samples were determined, by using a typical analyticalplatform of metabolomics studies, e.g., LC, FTIR, UV-vis, and XRD,associated to bioinformatic tools. Genotypes showed to differmeaningfully as to their starchy constitution. The chemical, rheological,and chemometrics analyzes (PCAs and clusters) allowed discriminatingthe studied genotypes according to the physicochemical and functionalproperties of their starch fractions, suggesting eventual distinctpotentials for industrial applications. In a second approach, the totalcontent of carotenoids showed to be lower in genotypes with whiteflesh roots (Apronta mesa, Oriental, Salézio, Estação and Crioulo deVideira - 1.38 ± 0.75 µg.g-1? 5.02 ± 1.27 µg.g-1) comparatively to redpigmented ones i.e., 169.8 ± 17.9 µg.g-1. Interestingly, in average,genotypes with yellow flesh roots (Pioneira, Amarela, Catarina, andIAC-576-70) showed to contain 18.1 ± 3.31 µg.g-1 of total carotenoids.Chromatographic analysis identified the positional isomers cis-ß- andtrans-ß-carotene (majoritary), as well as a-carotene, ß-cryptoxanthin,and lutein in all genotypes investigated and confirmed the presence oflycopene only for the Rosada genotype. In their turn, the mean values oftotal phenolic contents in fresh roots ranged from 32.59 ± 6.34 µg.g-1(IAC 576-70) to 128.32 ± 18.20 µg.g-1 (Rosada) and HPLC analysisidentified gallic acid, quercetin, epigallocatechin (majoritary),chlorogenic acid, ?-hydroxybenzoic acid, and epicatechin gallate as themain phenolic constituents of the cassava roots samples. Taken together,the results can support biochemically-assisted cassava breedingprograms, optimizing the process of selecting the genetic diversity in M.esculenta germplasm banks. Furthermore, the results emphasize theimportance of on farm maintenance of those genotypes, as well as oftheir germplasm banks, since they represent an important source ofgenetic resources with promising nutritional and industrial traits