Chemical characterization of malpighia emarginata DC. bioresidues and exploration of their colourant potential

Mestrado de dupla diplomação com Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional CordobaFrom the Industrial Revolution, humanity has been suffering the consequences of a system that only focus on economic growth, neglecting environment quality and, consequently, population’s health. Horticulture is one of the industrial sectors where the greatest amount of organic waste is generated. These biowastes are further discarded and devalued. However, these by-products are excellent sources of pigments, phenolic compounds, dietary fibres, sugar derivatives, organic acids, minerals and vitamins. All these compounds have health beneficial properties, so their reuse is an effective and promising alternative for industry and environment. Many authors have studied different vegetable matrices and found molecules of high industrial interest in their composition. Due to its high vitamin C, carotenoids and anthocyanins content, Malpighia emarginata DC. (acerola) is known for its nutritional and functional properties. In this work the nutritional and chemical characterization of M. emarginata bioresidues were studied, as well as the evaluation of bioactive potential. Furthermore, a study of extraction optimized process was performed, in order to obtain a natural colourant pigment rich in anthocyanins. The nutritional profile was determined using official methodologies for the analysis of food products (AOAC) and the results showed the carbohydrates as the predominant macronutrient and low values of fat content. The chemical profile was evaluated determining free sugars by HPLC-RI, organic acids by UFLC-PDA, fatty acids by GC-FID and phenolic compounds (anthocyanin and non-anthocyanin) by HPLC-DAD-ESI/MS. Fructose, glucose and sucrose were identified, highlighting fructose as the main free sugar compound. Also, oxalic, malic, ascorbic and succinic acids were identified, being malic acid the most abundant organic acid. The fatty acids profile revealed the presence of fourteen compounds, being mostly represented by saturated fatty acids, with oleic acid as the majority. The phenolic composition evidenced the presence of six non-anthocyanin compounds and two anthocyanins, standing out the isorhamnetin-O-pentosyl-hexoside and cyanidin-O-deoxyhexoside as the major compounds, respectively. The bioactive potential was evaluated throught antioxidant activity by TBARS and OxHLIA methodologies; antimicrobial activity was determined by the microdilution method using clinical isolated from Gram-positive and Gram-negative bacteria and a fungi strain; cytotoxicity was tested in four human tumour cell lines (MCF-7, NCI-H460, AGS and CaCo) and in a non-tumour primary cell culture (PLP2), using sulforrodamine B assay. Finally, anti-inflammatory activity was determined in RAW264.7 cells. Based on the obtained values, the presence of antioxidant and anti-inflammatory action was demonstrated. Also, the antimicrobial activity revealed promising results, with good bacteriostatic and fungistatic effects. Concerning cytotoxic evaluation, the extract revealed a greater capacity to inhibit the half tested tumour cell lines than to inhibit non-tumour cells. Subsequently, the heat assisted extraction (HAE) methodology was used for the extraction optimization process, applying the response surface analysis method (RSM). In this study it was found that the optimal extraction conditions for obtaining an extract rich in anthocyanin compounds were: t = 24.8 min, T = 40.5°C and % ethanol = 11.8. The HAE extraction process showed a relevant yield value of 57.1%, being quantified a total anthocyanins content of 2.54 mg/g extract. Overall, this study highlights the excellent composition in compounds of interest and bioactive potential of M. emarginata fruits, as well as, its potential as an alternative and promising source of anthocyanin compounds.Com o evoluir do tempo, a humanidade tem vindo a acompanhar as consequências de um sistema remanescente da Revolução Industrial que, por visar apenas a produtividade com foco no crescimento económico, descurou a qualidade do ambiente e, consequentemente, a saúde da população. A hortofrutícultura é um dos sectores industriais onde se gera maior quantidade de resíduos orgânicos, que são descartados e desvalorizados. Contudo, esses subprodutos são excelentes fontes de pigmentos, compostos fenólicos, fibras alimentares, derivados de açúcar, ácidos orgânicos, minerais e vitaminas que possuem propriedades benéficas à saúde, sendo o seu reaproveitamento uma alternativa eficaz e promissora para a indústria e para o ambiente. São várias a matrizes vegetais que têm vindo a ser estudadas por diversos autores, que constataram a sua interessante composição em moléculas de elevado interesse para o setor industrial. Malpighia emarginata DC. (acerola) é um fruto conhecido pelas suas propriedades nutricionais e funcionais, devido ao seu elevado conteúdo de vitamina C, carotenóides e antocianinas. Neste trabalho foi estudada a caracterização nutricional e química de biorresíduos de M. emarginata, bem como a avaliação do seu potencial bioativo. Além disso, foi realizado um estudo do processo de otimização da extração, a fim de se obter um pigmento corante natural rico em antocianinas. O perfil nutricional foi determinado através de metodologias oficiais para análise de produtos alimentares (AOAC), e os resultados mostraram os hidratos de carbono como o macronutriente predominante e baixo teor de gordura. O perfil químico foi avaliado determinando os açúcares livres por HPLC-RI, os ácidos orgânicos por UFLC-PDA, os ácidos gordos por GC-FID e os compostos fenólicos (antociânicos e não antociânicos) por HPLC-DAD-ESI/MS. Foram identificados frutose, glucose e sacarose, destacando-se a frutose como o principal composto de açúcares livres. Também foram identificados os ácidos oxálico, málico, ascórbico e succínico, sendo o ácido málico o ácido orgânico mais abundante. O perfil de ácidos gordos revelou a presença de catorze compostos, tendo sido na sua maioria representados por ácidos gordos saturados, com o ácido oleico como maioritário. A composição fenólica evidenciou a presença de seis compostos não antociânicos e dois antociânicos, destacando-se a isoramnetina-O-pentosil-hexosídeo e a cianidina-O- desoxihexosídeo como compostos maioritários, respectivamente. O potencial bioativo foi avaliado através da atividade antioxidante pelas metodologias TBARS e OxHLIA; a atividade antimicrobiana foi determinada pelo método de microdiluição utilizando isolados clínicos de bactérias Gram-positivos e Gram-negativos e uma estirpe de fungo; a citotoxicidade foi testada em quatro linhas de células tumorais humanas (MCF-7, NCI-H460, AGS e CaCo) e numa cultura de células primárias não tumoral (PLP2), utilizando o ensaio de sulforrodamina B. Finalmente, a atividade antiinflamatória foi determinada em células RAW264.7. Com base nos valores obtidos, foi demonstrada a presença de ação antioxidante e antiinflamatória. Também a atividade antimicrobiana revelou resultados promissores, com bons efeitos bacteriostáticos e fungistáticos. Relativamente à avaliação citotóxica, o extracto revelou uma maior capacidade de inibir as linhas de células tumorais testadas do que de inibir as células não tumorais. Posteriormente, a metodologia de extração assistida por calor (HAE) foi utilizada para o processo de otimização da extração, aplicando-se o método de análise de superfície de resposta (RSM). Neste estudo verificou-se que as condições ótimas de extração para a obtenção de um extrato rico em compostos antocianínicos foram: t = 24.8 min, T = 40.5°C e % etanol = 11.8%. O processo de extração de HAE apresentou um valor relevante de rendimento de 57.1%, sendo quantificado um teor total de antocianinas de 2.54 mg/g de extrato. No geral, este estudo destaca a excelente composição em compostos de interesse e o potencial bioativo de M. emarginata frutas, bem como, o seu potencial como fonte alternativa e promissora de compostos antociânicos