Avaliação fitoquímica e da atividade biológica do engaço de castas (Vitis vinifera L.) brancas e tintas cultivadas em Portugal

Dissertação de Mestrado em Biotecnologia e Qualidade AlimentarA produção de uva é feita em grandes quantidades em todo o mundo gerando, consequentemente, enormes quantidades de resíduos sólidos não reaproveitados, como as películas e grainhas (resultantes da pressurização das uvas para a obtenção do sumo), engaços, e folhas. Atualmente, a falta de alternativas eficientes, rentáveis, e amigas do ambiente para estes resíduos leva ao aparecimento de problemas ambientais. Estes resíduos têm sido recentemente estudados no que toca à sua composição fitoquímica, principalmente no que respeita a compostos (poli)fenólicos, mas a informação disponível ainda é escassa e, por vezes, inconclusiva. Assim, o estudo da composição em fitoquímicos com propriedades bioativas destas matérias-primas, e a sua valorização, pode levar à aplicação destes resíduos nas indústrias alimentar, farmacêutica e cosmética, reduzindo o impacto ambiental da produção de uva e de processos de produção de vinho. Para melhorar os processos de extração aplicados na recuperação de compostos fenólicos de engaços de castas portuguesas brancas e tintas (‘Viosinho’ e ‘Touriga Nacional’, respetivamente), foi utilizada a metodologia RSM (Response Surface Methodology) para analisar o efeito do tempo (10-30 min.), temperatura (25-95 ᴼC), e a concentração de solventes (5-90%) na extração de fenóis totais, incluindo flavonóides, orto-difenóis e antocianinas, e na avaliação da capacidade antioxidante com ABTS•+. Os valores de R2 demonstraram que o modelo construído anteriormente revelou condições de extração eficientes, e revelou-se ótimo através dos parâmetros estatísticos e matemáticos utilizados na metodologia RSM (23,0 min., 95,0 ᴼC e 57,9% de etanol de qualidade alimentar/água para a casta branca de Vitis vinifera L. ‘Viosinho’, e 23,4 min., 84,2 ᴼC, e 63,8% para a casta tinta ‘Touriga Nacional’). Desta forma, pode ser afirmado que a RSM é uma ferramenta útil para a otimização da extração destes fitoquímicos, e que o uso de solventes compatíveis com alimentos/farmacêuticos permite a aplicação dos compostos recuperados, nestas indústrias. Os engaços de uva de três castas brancas portuguesas (‘Fernão Pires’, ‘Viosinho’, e ‘Rabigato’) e de quatro castas tintas (‘Sousão’, ‘Touriga Nacional’, ‘Tinta Barroca’, and ‘Tinta Amarela’) produzidas sob clima continental, foram analisadas por HPLC-DAD-ESI/MSn para identificar e quantificar os compostos fenólicos naturalmente presentes na sua composição. A análise revelou que o ácido caftárico, quercetina-3-O-glucoronídeo, derivados da malvidina, e epicatequina foram os metabolitos maioritários no teor fenólico total em todas as castas. As variedades tintas mostraram ser mais ricas em proantocianidinas, flavonóis, derivados de ácidos hidroxicinâmicos, e em antocianinas do que as variedades brancas, que, por sua vez, apresentaram o maior teor em quercetina-3-O-rutinosídeo e Σ-viniferina. Todos os extratos de engaços de uva mostraram elevada capacidade de captura de radicais pelos métodos de DPPH•, ABTS•+, FRAP, ORACFL, e O2•-, onde as castas tintas apresentaram os melhores resultados. Assim, pode-se afirmar que os engaços de uva são fontes ricas em compostos fenólicos, onde, após extração e otimização, podem ser aplicados noutras indústrias como um material valorizado. Devido à relevância para a saúde humana de distúrbios microbianos no trato digestivo, foi feita a avaliação dos fitoquímicos presentes em engaços de uva destas castas, tendo sido determinada a habilidade destes compostos afetarem a multiplicação de bactérias de estirpes patogénicas digestivas de Gram positivas (Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus e Enterococcus faecalis) e Gram negativas (Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli e Klebsiella pneumoniae), através do método de concentração mínima inibitória (MIC). Os resultados mostraram uma inibição mais efetiva, por parte dos compostos fenólicos previamente identificados e quantificados por HPLC-DAD-ESI/MSn, no crescimento de bactérias Gram positivas, do que em Gram negativas. Desta forma, os extratos de engaços de uva podem ser usados como agentes antimicrobianos para prevenir distúrbios na homeostasia intestinal em microrganismos, assim como eventos patológicos procedentes.Grape crops are produced in large quantities all around the world generating, consequently, huge amounts of non-profitable solid wastes, like grape skins and seeds (resulted by the pressurization of grapes to extract the juice), stems, and grapevine leaves. Currently, the absent of an efficient, profitable, and environment-friendly alternative for these residues, leads to environmental problems. These residues have been recently studied concerning to their phytochemical composition, namely (poly)phenolic compounds, but the information available is still scarce and, sometimes, inconclusive. In this regard, the study of its composition in phytochemicals with bioactive properties, and its valorization, could lead to the application of these wastes in food/pharma and cosmetic industries, reducing the environmental impact of the production of grape crops and winemaking processes. To improve the extraction procedure employed on the recovery of phenolic compounds from grape stems from Portuguese white and red varieties (‘Viosinho’ and ‘Touriga Nacional’ respectively), the Response Surface Methodology (RSM) was conducted to analyze the effect of time (10-30 min.), temperature (25-95ᴼC), and solvents concentration (5-90%) on the extraction of total phenolic, including flavonoids, ortho-diphenols and anthocyanins, and to assess the ABTS•+ scavenging capacity. The R2 values demonstrated that the previously designed model revealed efficient extraction conditions, found to be optimal by statistical and mathematical parameters of RSM (23.0 min., 95.0 ᴼC and 57.9% of food-quality etanol/water for Vitis vinifera L. white var. ‘Viosinho’, and 23.4 min., 84.2 ᴼC, and 63.8% for red var. ‘Touriga Nacional’). In this way, it can be affirmed that RSM is a powerful tool for the optimization of the extraction of these phytochemicals, and the use of food/pharma compatible solvents allows to apply the recovered compounds in these industries. The grape stems from three white Portuguese cultivars (‘Fernão Pires’, ‘Viosinho’, and ‘Rabigato’) and four red varieties (‘Sousão’, ‘Touriga Nacional’, ‘Tinta Barroca’, and ‘Tinta Amarela’) grown under continental climate, were analyzed by HPLC-DAD-ESI/MSn to indentify and quantify the polyphenolic compounds naturally present in their composition. The analysis revealed that caftaric acid, quercetin-3-O-glucoronide, malvidin derivates, and epicatechin were the main metabolites on the total phenolic content in all cultivars. The red varieties showed to be the richer in proanthocyanidins, flavonols, hydroxycinnamic acid derivates, and anthocyanins than the white cultivares, which presented the higher content in quercetin-3-O-rutinoside and Σ-viniferin. All stem extracts showed high radical scavenging by DPPH•, ABTS•+, FRAP, ORACFL, and O2•- antioxidant assays, where red varieties displayed the better results. In this way, we may affirm that grape stems are rich sources of phenolic compounds, that after extraction and optimization they can be applied in other industries as a valorized material. Due to the relevance for human’s health of digestive microbial disturbance, the evaluation of the phytochemicals from grape stems from these varieties were studied, and the Minimum Inhibitory Concentration method and the hability of the compounds from grape stems to affect the growth of Gram positive (Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus and Enterococcus faecalis) and Gram negative pathological strains (Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae) of digestive pathogens was determined. The results showed a more effective inhibition effect played by the phenolic compounds previously indentified and quantified by HPLC-DAD-ESI/MSn on the growth of Gram positive bacterial, than in Gram negative. In this way, grape stem extracts could be used as antimicrobial agents to prevent disturbance of the intestinal microorganism homeostasis as well as the derived pathological events