Identification and antioxidant capacity of degradation products of carotenoids

Resumo: Os alimentos com propriedades funcionais vêm recebendo grande destaque nos últimos anos, especialmente em relação aos compostos bioativos aos quais estas propriedades estão relacionadas, incluindo os pigmentos naturais, como os carotenoides. Muitos métodos de processamento de alimentos ou a estocagem inadequada induzem modificações nas estruturas desses pigmentos, sendo ainda pouco discutido o impacto que tais alterações conferem em algumas destas propriedades benéficas, como a capacidade antioxidante. Considerando estes fatos, este estudo teve dois grandes objetivos. O primeiro foi identificar os compostos de degradação formados pelo aquecimento da ß-criptoxantina, verificando o perfil de degradação e formação dos produtos, e o segundo, identificar os produtos de epoxidação derivados do ß-caroteno e avaliar a sua influência na capacidade antioxidante. Para atender ao primeiro objetivo, o aquecimento da ß-criptoxantina foi realizado em sistema simulador de suco, e os produtos formados foram separados, identificados e quantificados por cromatografia líquida de alta eficiência-detector de arranjo de diodos-espectrometria de massas (HPLC-DAD-MS/MS). Para o segundo objetivo, os produtos de epoxidação foram obtidos através da reação do ß-caroteno com MCPBA, na presença e ausência de NaHCO3, em dois diferentes tempos de agitação (0 e 30 minutos), utilizando HPLC-DAD-MS/MS para separação, identificaçãoe quantificação. Estes extratos foram utilizados para as análises da capacidade de desativação do radical ABTS¿+ e da capacidade de absorção de radicais de oxigênio (ORAC). O aquecimento da ß-criptoxantina proporcionou a formação de treze compostos de oxidação e isomerização, sendo cinco isômeros mono-cis (9-cis, 9¿-cis, 13-cis, 13¿-cis e 15-cis), quatro di-cis, dois apocarotenoides (12¿-apo-ß-carotenal e 10¿-apo-ß-carotenal) e um monoepóxido (5¿,6¿-epóxido). Após 300 minutos de aquecimento, ocorreu redução de 55 % no teor de all-trans-ß-criptoxantina, dos quais aproximadamente 75 % foram convertidos em compostos voláteis. Entre os produtos não voláteis, a reação de isomerização foi a que ocorreu preferencialmente, sendo os isômeros 13- e 13¿-cis os majoritários, seguidos pelos 9- e 9¿-cis e por último o 15-cis. A razão trans/cis passou de 98:2 para 73:27, pertencendo aos mono-cis a maior representatividade (24 %). Os produtos de oxidação representaram menos de 1 % em todos os tempos de aquecimento. Com relação à epoxidação do ß-caroteno, foram identificados os seguintes derivados epóxidos: 5,6,5¿,6¿-diepóxido, 5,6,5¿,8¿-diepóxido, 9-cis-5,6,5¿,6¿-diepóxido, 5,6-epóxido e 5,8-epóxido. Após a reação com MCPBA, a proporção de all-trans-ß-caroteno ficou menor que 15 %, sendo os diepóxidos maioria em todas as condições, exceto no tempo 0 minutos com NaHCO3. A diferença nas proporções entre os diepóxidos e monoepóxidos foram de 10 % e 18 % para os tempos de 0 minutos e de 54 % e 73 % para os de 30 minutos, com e sem NaHCO3, respectivamente. Os valores de TEAC variaram de 0,46 a 0,70 entre os extratos com produtos de oxidação, cerca de cinco vezes menor ao encontrado para o all-trans-ß-caroteno. Observou-se maior valor de TEAC nos ensaios com reação de 30 minutos, nos quais a diferença entre a proporção de mono e diepóxidos foi superior a 50 %. Já para o teste ORAC, os valores variaram de 0,15 a 0,83, superiores ao do all-trans-ß-caroteno, que apresentou valor próximo a zero. A maior proporção de diepóxidos favoreceu a desativação tanto do radical ABTS¿+ quanto do ROO¿, embora quando comparados ao all-trans-ß-caroteno, os produtos formados pela epoxidação foram mais eficientes em desativar o radical ROO¿?que o radical ABTSAbstract: Foods with functional properties have received great attention in recent years, especially regarding the bioactive compounds to which these properties are related, including natural pigments such as carotenoids. Many methods of food processing or inadequate storage conditions induce changes in the structures of these pigments and the impact of such changes on some of these beneficial properties, like antioxidant capacity, is still poorly studied. Considering these facts, this study had two main objectives. The first one was related to the identification of the degradation compounds formed by heating of ß- cryptoxanthin, verifying the degradation behavior and formation of products. The second one was related to the identification of the products derived from epoxidation of ß-carotene and evaluator of the influence of these compounds on the antioxidant capacity. To achieve the first objective, the heating was conducted in a simulated juice system, and the products formed were separated, identified and quantified by high performance liquid chromatography coupled to diode array and mass spectrometer detectors (HPLC-DADMS/MS). For the second objective, the epoxides were obtained by the reaction of ß-carotene with MCPBA in the presence and absence of NaHCO3 under two different stirring times (0 and 30 minutes), using HPLC-DAD-MS/MS for separation, identification and quantification. These extracts were used for evaluation the scavenging capacity of ABTS¿+ and peroxyl (ORAC) radicals. Heating of ß-cryptoxanthin resulted in the formation of thirteen oxidation and isomerization products, including five mono-cis isomers (9-cis, 9¿- cis, 13-cis, 13¿-cis and 15-cis), four di-cis, two apocarotenals (ß-apo-10¿-carotenal and ß-apo-12¿-carotenal) and one monoepoxide (5',6'-epoxide). After 300 minutes of heating, the content of all-trans-ß-cryptoxanthin reduced almost 55 % of the initial content, being 75 % converted into volatile compounds. The isomerization reaction preferably occurred among the non-volatile compounds, being the isomers 13- and 13'-cis the major ones, followed by the 9- and 9'-cis and finally the 15-cis.The trans/cis ratio changed from 98:2 to 73:27, being the mono-cis isomers the major ones (24 %). The oxidation products represented less than 1 % at all heating times. In relation to the epoxidation reaction of ß-carotene, the following epoxides were identified: ß-carotene-5,6,5¿,6¿-diepoxide, ß-carotene-5,6,5¿,8¿- diepoxide, 9-cis-ß-carotene-5,6,5¿,6¿-diepoxide, ß-carotene-5,6-epoxide and ß-carotene-5,8-epoxide. After the reaction with MCPBA, the proportion of all-trans-ß-carotene was less than 15 % and the diepoxides were the most abundant in all conditions, except at 0 minutes with NaHCO3. The differences between the proportion of diepoxides and monoepoxides were 10 % and 18 % at 0 minutes and 54 % and 73 % at 30 minutes, with and without NaHCO3, respectively. The TEAC values ranged from 0.46 to 0.70 among the extracts with oxidation products, almost five times lower than the value found for all-trans-ß-carotene. Among the extracts with epoxides, the highest TEAC value was observed at 30 minutes of reaction, in which the difference between the amounts of mono and diepoxides was higher than 50 %. The ORAC values ranged from 0.15 to 0.83, higher than that found for all-trans-ß-carotene, which was close to zero. The highest amount of diepoxides increased the scavenging capacity of ABTS¿+ and ROO¿?radicals, although when compared to all-trans-ß-carotene, the epoxidation products were more effective to scavenge the radical ROO¿?than the radical ABT