Comparative analysis of the fractions pulp, peel, seed and commercial powder of guarana (Paullinia cupana): chemical characterization and in vitro antioxidant activity

O oxigênio, em determinadas condições, pode promover efeitos prejudiciais à saúde, pois pode produzir moléculas reativas e radicais livres. Como mecanismo de proteção, os organismos desenvolveram sistemas defensivos que, quando em desequilíbrio, podem desencadear o estresse oxidativo. Estudos têm indicado que antioxidantes naturais presentes em alguns alimentos são capazes de auxiliar na contenção deste processo. Os compostos fenólicos, presentes em várias plantas, têm despertado a atenção dos pesquisadores devido à atividade antioxidante. O guaraná (Paullinia cupana), planta originária da Amazônia, contém altas concentrações de substâncias bioativas. No entanto, a literatura científica ainda é escassa em relação à semente e praticamente inexistente em relação à casca e polpa no que diz respeito à caracterização química do guaraná, bem como sua atividade antioxidante. Desta forma, o presente projeto pretendeu determinar as principais substâncias bioativas e a atividade antioxidante nestas três frações do guaraná e do guaraná processado, visando ampliar o conhecimento acerca deste alimento e verificar possível utilização de partes hoje descartadas. Inicialmente, foi otimizado um método de extração de compostos fenólicos do guaraná em pó empregando-se diferentes etapas, incluindo solventes e suas concentrações, método de homogeneização, tempo e número de extrações, e os resultados baseados no teor de compostos fenólicos totais. O teor de CF totais foi analisado utilizando o reagente Folin-Ciocalteu. Em seguida, foi desenvolvido um delineamento composto central rotacional (DCCR), utilizando 2 variáveis independentes (22 = 4 ensaios + 4 pontos axiais + 3 pontos centrais, totalizando 11 ensaios), sendo cada variável avaliada em 5 níveis diferentes. Neste caso, além do teor de CF totais, avaliou-se também o teor de proantocianidinas (PA) totais por hidrólise ácida (butanol-HCl). Após esta padronização, as amostras foram submetidas à análise de composição centesimal, quantificação dos compostos fenólicos e proantocianidinas totais (extraíveis e não extraíveis), carotenóides totais por método espectrofotométrico, avaliação do perfil dos principais fenólicos e metilxantinas por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência e fitosteróis por Cromatografia Gasosa, e análise da atividade antioxidante in vitro pelos métodos de Teste da capacidade de absorbância de oxigênio radical (ORAC) e Ensaio radical 1,1-difenil-2-2picrilhidrazil (DPPH). O método de extração mais eficiente foi o que consistiu em: agitação magnética por 1 h com metanol 30%, centrifugação, re-extrações com metanol 30% seguidas de pelo menos uma etapa de extração com acetona 70%, perfazendo um total de 4 extrações da mesma amostra. O modelo de extração de CF totais apresentou regressão não significativa. O modelo de extração de PA totais apresentou regressão significativa e R2 de 96%, indicando que para atingir uma extração acima de 80% de PA totais a porcentagem de água deve ser inferior a 20% e a proporção dos solventes acetona/metanol não interferiu na extração desses compostos. As frações polpa, casca e semente do guaraná e o guaraná em pó comercial apresentaram, em média, 2, 14, 51 e 129 mg EAG/ g amostra e 0, 3, 2 e 4 mg EAG/ g de amostra de fenólicos extraíveis e não extraíveis, respectivamente. Os teores de proantocianidinas extraíveis e não extraíveis das frações foram 6, 15, 28 e 46 mg de PA em EqCI/ g de amostra e 0, 3, 2 e 4 mg de PA em EqCI/ g de amostra, respectivamente. Os compostos bioativos encontrados nas amostras foram catequina, epicatequina, PA B1, PA B2, cafeína e teobromina nas seguintes concentrações: 30,05; 20,23; 3,72; 3,37; 39,82 e 0,14 mg/g de pó comercial, respectivamente; 6,63; 0,26; 0,17; 0,06; 35,63 e 0,25 mg/g de semente, respectivamente; e 0,07; 0,01; 0,03; 0,03; 0,02 e 1,17 mg/g de casca, respectivamente. Não foram encontrados CF na polpa. A casca apresentou maior conteúdo de teobromina e nenhuma das amostras apresentou teofilina. Os carotenóides só foram encontrados na casca (34 µg/g). Os fitosteróis encontrados nas amostras foram o brassicasterol, campesterol, stigmasterol e β-sitosterol nas seguintes concentrações: 0; 8,01; 6,45 e 40,45 µg/ g de polpa, respectivamente; 225,79; 1110,34; 126,41 e 830,49 µg/g de casca, 4,19; 7,94; 9,86 e 98,59 µg/ g de semente; e 5,85; 23,90; 11,92 e 151,33 µg/g de pó comercial, respectivamente. A atividade antioxidante dos extratos de fenólicos extraíveis pelo método ORAC foi de 258, 1007, 948 e 2693 µM ET/g de polpa, casca, semente e pó, respectivamente. Por DPPH foi possível avaliar a fração extraível e a não extraível das amostras, sendo necessários 119, 67 e 24 g de casca, semente e pó de guaraná para inibir 1g de DPPH, e 475, 347 e 249 g de casca, semente e pó de guaraná para inibir 1g de DPPH, respectivamente. Os resultados obtidos sugerem que o guaraná é uma boa fonte de compostos bioativos, oferendo possível atividade antioxidante in vitro.The oxygen, in certain circumstances, can promote adverse health effects due to its capacity to produce reactive molecules and free radicals. As a protective mechanism, organisms have developed defensive systems that, when unbalanced, can initiate oxidative stress. Studies have shown that natural antioxidants present in some foods are capable of assisting in the contention of this process. Phenolic compounds present in various plants, have attracted researchers attention due to their antioxidant activity. Guarana (Paullinia cupana), an Amazon plant, contains high concentrations of bioactive substances. However, the scientific literature is scarce in relation to guarana seed and practically nonexistent in relation to peel and pulp regarding chemical characterization, as well as their antioxidant activity. Thus, this project aimed to determine the main bioactive compounds and antioxidant activity in these three fractions of guarana and guarana processed in order to enhance our understanding of this food and verify the possible use of the by-product generated from the guarana powder production. Initially, was optimized a method of phenolic compounds extraction of guarana powder using different steps, including solvents and their concentration, homogenization method, time and number of extractions, and the results based on content of total phenolic compounds. The total CF content was analyzed using Folin-Ciocalteu reagent. Then, a central composite rotational design (DCCR) was developed using two independent variables (22 = 4 + 4 trials axial points + 3 center points, totalizing 11 trials), being each variable evaluated at 5 different levels. In this case, besides the total of CF content, was also evaluated the content of total proanthocyanidins (PA) by acid hydrolysis (HCl-butanol). After this standardization, samples were submitted to analysis of chemical composition, quantification of total phenolics and proanthocyanidins (extractable and non extractable), total carotenoid content by spectrophotometric method, evaluation of major phenolic profile and methyxanthines by High Performance Liquid Chromatography and phytosterols by Gas Chromatography, and analysis of in vitro antioxidant activity by the methods of the ability of oxygen radical absorbance test (ORAC) and radical 1,1-diphenyl-2-2picrilhidrazil (DPPH). The most efficient extraction method was consisting of: magnetic stirring for 1 hour with 30% methanol, centrifugation, re-extracted with methanol 30% followed by at least one extraction step with acetone 70%, making a total of 4 extractions. The extraction model of total CF showed no significant regression. The extraction model of total PA showed significant regression and R2 of 96%, indicating that to achieve an extraction above 80% of total PA the percentage of water should be less than 20% and the proportion of acetone/methanol did not interfere in the extraction these compounds. The fractions pulp, peel and seeds of guarana and commercial guarana powder showed, on average, 2, 14, 51 and 129 mg EAG/g sample, 0, 3, 2 and 4 mg EAG/g sample extractable and non extractable phenolics, respectively. The fractions contents of extracted and non-extractable proanthocyanidins were 6, 15, 28 and 46 mg of PA in EqCI/g sample and 0, 3, 2 and 4 mg of PA in EqCI/g sample, respectively. The bioactive compounds found in the samples were catechin, epicatechin, PA B1, PA B2, caffeine and theobromine in the following concentrations: 30.05, 20.23, 3.72, 3.37, 39.82 and 0.14 mg/g commercial powder, respectively, 6.63, 0.26, 0.17, 0.06, 35.63 and 0.25 mg/g seed, respectively, and 0.07, 0.01, 0.03; 0.03, 0.02 and 1.17 mg/g of peel, respectively. These CF were not found in the pulp. The peel had a higher content of theobromine and none of the samples showed theophylline. Carotenoids were found only in the peel (34 g/g). The phytosterols found in the samples were brassicasterol, campesterol, stigmasterol and β-sitosterol in the following concentrations: 0, 8.01, 6.45 and 40.45 mg/g pulp, respectively, 225.79, 1110.34, 126.41 and 830.49 mg/g of peel, 4.19, 7.94, 9.86 and 98.59 mg/g of seed, and 5.85, 23.90, 11.92 and 151.33 mg/g of commercial powder, respectively. The antioxidant activity of extractable samples by the ORAC method was 258, 1007, 2693 and 948 mM ET/ g pulp, peel, seed and powder, respectively. For DPPH was possible to evaluate the extractable and non extractable fraction of the samples, which required 119, 67 and 24 g of peel, seed and guarana powder to inhibit 1g of DPPH and 475, 347 and 249 g of peel, seed and powder 1g guarana to inhibit DPPH, respectively. The results suggest that guarana is a good source of bioactive compounds, offering possible in vitro antioxidant activity