Characterization, quantification and study of the quantitative retention-property antioxidant relationship (QRPR) of anthocyanins in extracts of strawberry (Fragaria vesca) for high performance liquid chromatography

Antocianinas são pigmentos solúveis em água, pertencente à classe dos flavonoides. Podem ser encontradas nas formas glicosiladas e não-glicosiladas. A diversidade destas ocorre devido ao número e à posição de hidroxilas, metoxilas e açúcares na cadeia carbônica. São altamente instáveis e suscetíveis de degradação. O interesse no estudo é decorrente dos possíveis efeitos anticarcinogênico, antimicrobiano, antimutagênico e anti-oxidante. A atividade anti-oxidante está associada à capacidade que possuem em doar hidrogênios e elétrons a radicais livres. A CLAE tem sido a técnica mais indicada para análise destes pigmentos e, acoplada ao detector de arranjo de diodos, obtêm-se espectros dos compostos separados, conseguindo-se alta seletividade. Este trabalho tem como objetivos: otimizar a separação de oito antocianinas por CLAE-FR, otimizar a extração e estudar a hidrólise desses compostos em morango e medir a atividade anti-oxidante por derivatização pós-coluna, para estudo da relação retenção-propriedade anti-oxidante. A separação foi otimizada avaliando-se a composição e vazão da fase móvel, tempo de retenção das antocianinas e temperatura da coluna. O ótimo foi obtido com gradiente de eluição (25-55 %B) por 30 minutos, sendo: A - água e B - metanol ambos com HCl 0,1 % (v/v), coluna C18 mantida à 30ºC, vazão da fase móvel de 1,0 mL min-1 e identificação dos pigmentos a 522 nm. Extrações sólido-líquido, líquido-líquido e SPE foram testadas em amostras de morango. O processo também envolveu a seleção de solvente e ácido. A extração sólido-líquido apresentou maior eficiência. Polpas de morangos foram misturadas com solução de MeOH:HCl 5,5 % (v/v) e levadas ao ultrassom (20 ºC) por 10 minutos, procedimento repetido cinco vezes. A estabilidade do extrato foi avaliada por submissão do mesmo a altas temperaturas (80, 90 e 100 ºC) durante longo tempo e estocagem em freezer, geladeira e temperatura ambiente, mostrando que a degradação das antocianinas segue cinética de reação de primeira ordem. Para obtenção das agliconas foram executados ensaios de hidrólise ácida. O mecanismo da hidrólise da pelargonidina-3-glicosídeo foi avaliado e chegou-se a ótima condição de: extrato/HCl 8 mol L-1 (1:1, v/v) por 60 minutos a 100 ºC. No método desenvolvido, avaliou-se: linearidade, LD, LQ, exatidão, precisão e robustez. Por fim, desenvolveram-se estudos de medida da atividade anti-oxidante, por método de detecção online, acoplando um sistema de injeção em fluxo ao de separação, misturando uma solução de ABTS&#8226+ (100 µmol L-1) sob vazão de 1,27 mL min-1 aos compostos eluídos pela coluna cromatográfica. O resultado de curvas de calibração das antocianinas comparado ao padrão de referência (Trolox) indicou que o poder anti-oxidante de cada substância diminui na ordem: cianidina-3-glicosídeo, pelargonidina-3-glicosídeo, malvidina-3-glicosídeo, cianidina-3,5-diglicosídeo, delfinidina, cianidina, malvidina e pelargonidina. Um estudo teórico, baseado neste poder e na retenção dos compostos demonstrou que uma diminuição da retenção, por aumento na polaridade da molécula, implica em diminuição do poder anti-oxidante e ainda, relacionou o poder às características de ressonância, afetada pelos ângulos entre os sistemas de conjugação, bem como solvatação de grupos hidroxilas ligados à estrutura carbônica.Anthocyanins are water soluble pigments, belonging to the class of flavonoids. They can be found in glycosylated and non-glycosylated forms. The diversity of these compounds is due to the number and position of hydroxyl, methoxyl and sugars attached to the carbon chain. They are highly unstable and susceptible to degradation. Interest in the study of these compounds is due to the possible anticancer, antimicrobial, antimutagenic and antioxidant properties. The antioxidant activity is associated with the capacity they have to donate protons and electrons to free radicals. The HPLC technique has been the most suitable for the analysis of these pigments and, coupled to a diode array detector, on-line spectra of the separated compounds can be obtained, achieving high selectivity. This work aims at optimizing the separation of eight anthocyanins by RP-HPLC, and developing methods for the extraction and hydrolysis of these compounds in strawberry; in addition, it includes the measurement of the antioxidant activity of anthocyanins by column post-derivatization, and the study of the quantitative relationship between retention and antioxidant property (QRPR). The separation was optimized by evaluating the composition and mobile phase flow rate, retention time of the anthocyanins and column temperature. The optimum was obtained with gradient elution (25-55% B) for 30 minutes with: A - water and B - methanol, both with 0.1% HCl (v / v), C18 column kept at 30 °C and mobile phase flow rate of 1.0 mL min-1; the dentification of the pigments were carried out at 522 nm. Solid-liquid extraction, liquid-liquid and SPE were tested on strawberry samples. The process also involved the selection of solvent and acid. The solid-liquid extraction showed greater efficiency. Strawberry pulps were mixed with a solution of 5.5% (v / v) MeOH HCl and cooled in ultrasound bath (20 ºC) for 10 minutes; the procedure was repeated five times. The stability was evaluated by submitting the extract at high temperatures (80, 90 and 100 ºC) for a long time and storage in a freezer, refrigerator and room temperature, showing that the degradation kinetics of anthocyanins followed a first order reaction. To obtain the aglycones, acid hydrolysis were performed. The mechanism of hydrolysis of pelargonidin-3-glucoside was evaluated and the best condition was: (1:1, v / v) extract : 8 mol L-1 HCl in 60 minutes at 100 ºC. The proposed method was validated with respect to: linearity, LOD, LOQ, accuracy, precision and robustness. Finally, studies to measure online the antioxidant activity of extracts were developed, coupling in parallel a flow injection system to the separation system, where a solution of ABTS•+ (100 µmol L-1) under a flow rate of 1.27 mL min-1 was mixed with the compounds eluted from the separation column. The resulting calibration curves of anthocyanins compared to Trolox indicated that the antioxidant power of each substance decreased in the order: cyanidin-3-glucoside, pelargonidin-3-glucoside, malvidin-3-glucoside, cyanidin-3,5-diglucoside, delphinidin, cyanidin, malvidin and pelargonidin. A theoretical study based on the antioxidant power and the retention of the compounds showed a decrease in retention due to an increase in the polarity of the molecule, implying in decreased antioxidant capacity, also related to the molecule resonance characteristics, affected by the angles between the systems conjugation, as well as the solvation of hydroxyl groups linked to the structure carbon