Optimization of obtaining an aqueous extract of purple corn (Zea mays L.) rich in anthocyanins and degradation profile.

O milho roxo (Zea mays L.), cultura tradicional da região Andina, é conhecido por apresentar alto conteúdo de antocianinas. As antocianinas apresentam diversas propriedades biológicas demonstradas em estudos in vitro e in vivo; entre elas, alto poder antioxidante, atividade anti-inflamatória e quimiopreventiva; entretanto são compostos que se degradam facilmente. Assim, o objetivo deste trabalho foi obter um extrato aquoso rico em antocianinas, a partir do milho roxo, e estudar a estabilidade química das antocianinas presentes frente ao pH e temperatura. Inicialmente o milho roxo comercial, utilizado como matéria prima, foi caracterizado por CLAE-DAD-ESI-MS/MS por apresentar cinco derivados de cianidina, três derivados de peonidina, três derivados de pelargonidina, dois derivados de quercetina e dois derivados de isoramnetina, com presença de acilação nas antocianinas. O teor de antocianinas totais foi de 4,61 mg/g, sendo 3,16 mg cianidina 3-glucosídeo eq./g, 0,63 mg pelargonidina/g e 0,81 mg peonidina/g, além de 1,19 mg quercetina/g e 1,06 mg ácido protocatecúico/g. Para a otimização da obtenção do extrato aquoso e estudo de degradação térmica das antocianinas, foi realizado o delineamento experimental para análise de superfície de resposta. Um delineamento fatorial 33 (15 ensaios com 3 repetições do ponto central) foi aplicado para avaliar o efeito de três fatores,em três níveis, para a obtenção do extrato aquoso. Os fatores incluídos foram temperatura (70ºC, 95ºC e 120ºC), tempo de extração (10, 50 e 90 min) e pH da solução (3,0, 5,0 e 7,0). Foram avaliadas três respostas: teor de antocianinas monoméricas, teor de ácido protocatecúico e capacidade antioxidante, os quais foram encontrados: (a) para antocianinas monoméricas, a melhor condição de extração foi obtida no menor valor de pH (3,0) e tempo (10 min), com temperatura intermediária (95ºC); (b) para o ácido protocatecúico, a melhor concentração foi obtida em condições de maior valor de pH (7,0) e tempo (90 min), ou seja, oposto à condição anterior, com temperatura intermediária (95ºC); (c) para a capacidade antioxidante, a melhor condição foi obtida quando preparou-se o extrato no ponto central dos níveis (pH 5,0), tempo 50 min e temperatura (95ºC). Os modelos referentes às respostas de teor antocianinas monoméricas e teor de ácido protocatecúico foram validados, apresentando valores 40,30 mg cianidina 3-glucosídeo eq./L e 0,57 mg/100 mL, respectivamente. Os flavonoides identificados no extrato aquoso de milho roxo foram semelhantes à composição do milho roxo comercial, entretanto, com considerável degradação de derivados de cianidina e peonidina, principalmente aciladas, a ácido protocatecúico e ácido vanílico, respectivamente. Assim, os resultados sugerem que um extrato aquoso de milho roxo rico em antocianinas é obtido em condições de extração de menor valor de pH, onde as antocianinas estão em sua forma mais estável. Porém, quando esse extrato aquoso é exposto a maiores valores de pH e/ou alta temperatura, pode ocorrer degradação das antocianinas presentes aos seus respectivos ácidos fenólicos.Purple corn (Zea mays L.), traditional culture of the Andean region, is known for its high content of anthocyanins. Anthocyanins exhibit several biological properties demonstrated in in vitro and in vivo, among them, high antioxidant, anti-inflammatory and chemopreventive activities, however they are unstable. The objective of this study was to obtain an aqueous extract rich in anthocyanins from purple corn and study the chemical stability of anthocyanins. Initially commercial purple corn, used as raw material, was characterized by HPLC-DAD-ESI-MS/MS by presenting five cyanidin derivatives, three peonidin derivatives, three pelargonidin derivatives, two quercetin derivatives and two isorhamnetin derivatives, with acylation in some anthocyanins. The anthocyanin content was 4.61 mg/g, which 3.16 mg cyanidin 3-glucoside eq./g, 0.63 mg pelargonidin/g and 0.81 mg peonidin/g, in addition 1.19 mg quercetin/g and 1.06 mg protocatechuic acid/g. To optimize the aqueous extract and study thermal degradation of anthocyanins, an experimental design was performed for response surface analysis. A 33 factorial design (15 trials with 3 replicates of the center point) was applied to evaluate the effect of three factors at three levels, to obtain the aqueous extract. The factors included were temperature (70°C, 95°C and 120°C), extraction times (10, 50 and 90 min) and pH solution (3.0, 5.0 and 7.0). Three variables were evaluated: monomeric anthocyanin content, protocatechuic acid content and antioxidant capacity, which were found: (a) for monomeric anthocyanins content, the best extraction condition was obtained at lower pH (3.0) and time (10 min), and intermediate temperature (95°C); (b) for protocatechuic acid content, the optimal concentration was obtained under higher pH (7.0) and time (90 min), opposite to the previous condition, with intermediate temperature (95°C); (c) for antioxidante capacity, the best condition was obtained when the extract was prepared at the midpoint of levels pH 5.0, time 50 min and 95°C. The mathematicals models concerting monomeric anthocyanins content and protocatechuic acid content has been validated, with values of 40.30 mg cyanidin 3-glucoside eq./L and 0.57 mg/100 mL, respectively. The flavonoids profile in the aqueous extract of purple corn were similar to the composition of commercial purple corn, however, with considerable degradation of cyanidin and peonidin derivatives, mainly acylated form, to protocatechuic acid and vanillic acid, respectively. Therefore, the results suggests that an aqueous extract of purple corn rich in anthocyanins can be obtained at lower pH, where the anthocyanins are in their most stable form. However, when the aqueous extract is exposed to higher pH and/or high temperature, anthocyanins degradation may occur to their respective phenolic acids