Avaliação da alelopatia e caracterização térmica de extratos de polpa do fruto de Ilex paraguariensis (erva-mate)

Orientador: Prof. Dr. Marcelo LazzarottoDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Saúde Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas. Defesa : Curitiba, 17/02/2020Inclui referências: p. 77-87Resumo: Em 2018 foram colhidas aproximadamente 347 toneladas de folhas de Ilex paraguariensis (erva-mate) no Sul do Brasil. A legislação brasileira determina que a erva-mate beneficiada seja constituída exclusivamente de folhas e ramos, portanto o fruto é considerado um subproduto. No entanto, uma árvore pode produzir 150 kg de folhas para 20 kg de frutos por ano. O cultivo dessa espécie junto a outras, num sistema de consórcio, é utilizado para melhorar o rendimento e recuperar solos marginais. Por isso a importância de estudar sua influência sobre o desenvolvimento de outras plantas. O extrato do fruto da erva-mate apresentou, dentre outras atividades: potencial alelopático sobre o desenvolvimento das raízes de milho. Foi observado alto teor de saponinas, polifenóis e metilxantinas na sua composição, classes de metabólitos secundários que apresentam atividade alelopática. Portanto, o objetivo desse trabalho foi de avaliar potencial bioherbicida e sua relação com a composição de extratos da polpa de frutos de I. paraguariensis utilizando análise de atividade antioxidante, saponinas por índice afrosimétrico e caracterização térmica por termogravimetria e calorimetria diferencial simultâneas acopladas à espectrometria de massas (TGA-DSC-MS). Primeiramente, foi realizada otimização do processo de extração avaliando temperatura, sendo escolhidas: 55º C, indicada para extração de saponinas e 85º C, cujo extrato apresentou maior atividade antioxidante. A extração total e fracionada obtida por Soxhlet proporcionou extratos de diferentes composições, o que pôde ser avaliado nos resultados de TGA-DSCMS. A fração etanólica apresentou maior concentração de compostos mais resistentes a degradação térmica e exibiu a maior complexidade de composição, sendo a única a apresentar compostos voláteis. Compostos inorgânicos foram obtidos apenas no extrato aquoso (20% de cinzas totais). Esse extrato foi o de menor complexidade e seu único evento de perda de massa foi relacionado principalmente a liberação de C5H4, observado durante a oxidação de compostos como benzeno e tolueno. A atividade alelopática dos extratos aquosos de 55º C e 85º C foi testada sobre sementes de cebola (A. cepa), alface (L. sativa) e picão-preto (B. pilosa). A germinação de todas as espécies foi inibida pelos extratos quando avaliadas pelas regras para análises de sementes (RAS) do Ministério da Agricultura, além disso, o extrato de 55º C foi mais efetivo contra o picão-preto. Utilizando as diretrizes para teste de produtos químicos da Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE), observou-se que os extratos não apresentaram efeito sobre a germinação de cebola e alface e inibiram de forma similar a germinação do picão-preto. Os extratos causaram anormalidades e inibição do crescimento da parte aérea de todas as espécies testadas, sendo esse efeito mais acentuado para o extrato de 55º C sobre alface e picão-preto. Foi observado que a aplicação do extrato da polpa do fruto da erva-mate como bioherbicida é promissora. Estudos prospectivos são necessários para que o potencial alelopático seja relacionado a compostos específicos e para que esse subproduto seja aplicado de forma sustentável. Além disso, testes de germinação e emergência em solo estão em desenvolvimento para avaliar a relação do grau de anormalidade das plântulas com o seu potencial de desenvolvimento.Abstract: In 2018 Southern Brazil produced approximately 347 tons of Ilex paraguariensis (yerba mate) leaves. Brazilian law defines that commercial yerba mate has to be composed of leaves and branches exclusively, therefore, the fruit is considered a byproduct. However, one tree can produce approximately 150 kg of leaves and 20 kg of fruits per year. This species is often cultivated with other plants in an intercropping system to improve the yield and recover marginal soils. Therefore, it is important to study the influence of this species on others. Moreover, yerba mate fruit extract showed, among other activities: alelopathic potential on corn roots development. High concentration of saponins, polyphenols and methylxantines were found in fruit extract composition. These metabolites have shown allelopathic activity. Therefore, the aim of this study was to evaluate bioherbicide potential of Ilex paraguariensis pulp fruit extracts in relation to its composition using antioxidant activity analysis, saponins using foam index analysis and thermal characterization using simultaneous thermogravimetry and differential calorimetry coupled to mass spectrometry (TGADSC- MS). Primarily, an exploratory analysis on extraction temperature was carried: the temperature of 55º C was chosen because it is indicated for saponin extraction and 85º C was chosen because the extract obtained at this temperature showed the highest antioxidant activity. Total and fractioned extraction obtained by Soxhlet provided different composition extracts, which was evaluated using TGA-DSC-MS. Ethanolic fraction showed the largest concentration of more thermal stable compounds, furthermore, it exhibited the greatest composition complexity. It also showed volatile compounds. Inorganic compounds were only present in aqueous extract, that showed 20% of ashes. This extract showed the minor complexity and its single mass loss event was mainly related to C5H4 fragment mass release, which is observed during oxidation of benzene and toluene. The allelopathic activity analyzes of 55º C and 85º C aqueous extracts were carried on onion (A. cepa), lettuce (L. sativa) and black-jack (B. pilosa) seeds. All species germination was inhibited by the extracts when the evaluation was carried using Brazilian Agriculture Ministry rules for seeds analyzes (RSA), furthermore, 55º C extract was more effective against the black-jack. Using the Organization for Economic Co-operation and Development (OECD) guidelines for the testing of chemicals, it was observed that the extracts did not show effect on onion and lettuce germination, therefore, they inhibited black-jack germination similarly. The extracts caused abnormalities and inhibited aerial part growth of all tested species, in addition, the 55 º C extract showed a greater effect on lettuce and black-jack compared to the other extract. The application of yerba mate fruit pulp extracts as a bioherbicide is promising. Prospective studies are necessary to stablish a relation between the allelopathic activity and specific compounds of the extract and for the sustainable application of this byproduct. Furthermore, soil germination and emergence tests are being developed to evaluate the degree of relationship between plants abnomarlities and their development potential