Estratégias para uso e conservação de espécies da família Myrtaceae: folhas de uvaia, grumixama e feijoa como fonte sustentável de compostos bioativos funcionais

Abstract

As folhas de uvaia (Eugenia pyriformis), grumixama (Eugenia brasiliensis) e feijoa (Acca sellowiana) são subprodutos do manejo dos Sistemas Agroflorestais (SAF). Estes materiais possuem características para uso sustentável, uma vez que são fonte de metabólitos secundários naturais com potencial de uso para indústria de alimentos, química e farmacêutica. Porém, os compostos bioativos naturais são instáveis às condições de processamento industrial, o que torna o seu uso limitado. Nesse sentido, a tecnologia de nanoemulsão pode ser uma alternativa inovadora para aumentar a estabilidade destes compostos e facilitar a entrega em sistemas alimentares. Sendo assim, esta tese tem como objetivo geral explorar o potencial tecnológico de espécies nativas de Myrtaceae brasileiras. No Capítulo II da tese foi realizado o levantamento das espécies de Myrtaceae brasileiras que se encontram com algum status de ameaça de extinção segundo as listas vermelhas da International Union for Conservation of Nature's (IUCN) e Centro Nacional de Conservação da Flora (CNCFlora). Após, foram compilados seus usos medicinais e alimentares, relatados em artigos científicos, livros de referências, bancos de dados online e fontes de profissionais. Entre as 551 espécies avaliadas quanto ao estado de conservação, encontramos uso alimentar ou medicinal em 187, um terço das quais está sob algum grau de ameaça de extinção. Logo, foi estruturado um resumo abrangente de suas propriedades relatadas para alimentos (168 espécies) e medicamentos (42 espécies). Frutas, óleo essencial de folhas e extratos vegetais são os principais produtos pesquisados. Esses produtos possuem um conjunto de componentes nutricionais e/ou compostos bioativos que podem suprir demandas específicas da indústria alimentícia, farmacêutica e/ou cosmética e auxiliar a manutenção da biodiversidade destes sistemas através da conservação pelo uso. No Capítulo III desta tese foram coletadas folhas da uvaia, grumixama e feijoa de SAF do Estado de Santa Catarina e avaliado o efeito da temperatura de secagem (40, 50 e 60°C) sobre o perfil de compostos fenólicos avaliado por Cromatografia Líquida acoplada a uma fonte de ionização por Electrospray tandem Espectrometria de Massas (LC-ESI-MS/MS) e potencial de atividade antioxidante dos extratos produzidos das folhas. Nos extratos de uvaia, os compostos majoritários foram o epigalocatequina galato, ácido gálico e isoquercitrina, responsáveis por 94% de sua composição fenólica, as folhas secas a 50°C resultaram em uma maior concentração de fenólicos. O ácido gálico, 2,5 DHBA e isoquercitrina representam 79% da composição relativa de compostos fenólicos nos extratos de grumixama, e as folhas secas a 60°C foi a condição que permitiu maior concentração de fenólicos. Enquanto, a epicatequina, catequina, ácido gálico e isoquercitrina correspondem por 66% da composição de compostos fenólicos das folhas de feijoa. A grumixama apresentou os maiores valores para potencial de atividade antioxidante pelos métodos FCRC e DPPH enquanto a feijoa apresentou valores significativos para FRAP, em todos os tratamentos. As folhas secas a 50°C apresentaram maior potencial de atividade antioxidante para todos os métodos, exceto para grumixama que apresentou esse comportamento a 60°C. O Capítulo IV apresenta o estudo da formulação e caracterização de nanoemulsões produzidas pelo método da emulsificação espontânea, carregadas com extrato liofilizado das folhas de grumixama. Foram preparadas formulações com 0, 125 e 200 mg de extrato das folhas de grumixama, denominadas de Controle (C), E125 e E200, respectivamente. Todas as nanoemulsões apresentaram tamanho nanométrico, potencial zeta próximo a -30 mV e índice de polidispersividade (PDI) < 0,40. Estes parâmetros garantiram uma boa estabilidade ao longo de 180 e 160 dias de armazenamento a 4°C, para E125 e E200, respectivamente. Morfologicamente (Microscopia Eletrônica de Transmissão - TEM) as nanoemulsões apresentaram forma esféricas, a formulação E125 apresentou superfície compacta enquanto a E200 apresentou ramificações que foram atribuídas ao excesso de extrato e diminuição da concentração do óleo de semente de uva nesta formulação. Os resultados obtidos na análise termogravimétrica (TG) sugerem que a nanoemulsão E125 atuou mais eficientemente na proteção da degradação térmica do extrato até 250°C. A análise de calorimetria diferencial de varredura (DSC) indicou que houve uma boa compatibilidade entre o extrato das folhas de grumixama e os demais componentes da nanoemulsão. Os principais grupos funcionais encontrados nos espectros obtidos na espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) do extrato são de acordo com o identificado na estrutura do ácido gálico, 2,5 DHBA e isoquercitrina. A formulação E125 apresentou melhor performance de encapsulação quando comparada a E200 e a nanotecnologia pode ser uma alternativa viável para a proteção dos compostos bioativos e desenvolvimento de novos produtos e ingredientes sustentáveis. O Capítulo V teve como objetivo a avaliação do potencial da atividade antioxidante e atividade antimicrobiana das nanoemulsões com extrato das folhas de grumixama (E125 e E200). O potencial de atividade antioxidante das nanoemulsões avaliada pelos métodos CRFC e DPPH aumentou com a adição do extrato das folhas de grumixama nas formulações E125 e E200 e os resultados se mantiveram estáveis após 30 dias de armazenamento. O extrato liofilizado das folhas de grumixama na forma livre apresentou forte atividade antimicrobiana contra as cepas de Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella Typhimurium avaliado pelo método de difusão em disco. As nanoemulsões apresentaram uma tendência de atividade antimicrobiana similar ao extrato na forma livre com maior atividade contra as bactérias Gram-positivas (S. aureus, B. cereus, L. monocytogenes). A nanoemulsão E125 apresentou CIM contra B. cereus e L. monocytogenes e CBM apenas para L. monocytogenes. Por outro lado, a nanoemulsão E200 apresentou CIM e CBM para todas as espécies Gram-positivas. Contudo, as nanoemulsões carregadas com extrato das folhas de grumixama apresentaram características promissoras para aplicação como aditivo natural antioxidante e antimicrobiano para produtos alimentícios. Estes resultados reforçam a importância de avaliar o potencial tecnológico e funcional de espécies endêmicas brasileiras, a fim de promover ampliação e diversificação de extratos naturais para uso industrial, bem como promover a conservação destas espécies nativas por meio do uso contínuo.

Abstract: The uvaia (Eugenia pyriformis), grumixama (Eugenia brasiliensis) and feijoa (Acca sellowiana) leaves are by-products of the management of Agroforestry Systems (AFS) in the State of Santa Catarina. These materials have characteristics for sustainable use, since they are a source of natural secondary metabolites with potential use in the food, chemical and pharmaceutical industries. However, natural bioactive compounds are unstable under industrial processing conditions, which makes their use limited. In this context, nanoemulsion technology may be an innovative alternative to increase the stability of these compounds and facilitate delivery into food systems. Thus, this project has as general objective of exploring the technological potential of Myrtaceae native species from the State of Santa Catarina. In Chapter II a review of the threatened Brazilian Myrtaceae species with category risk according to the IUCN and CNCFlora red lists was carried out. Then, their medicinal and food uses, reported in scientific articles, reference books, online databases, and professional sources, were compiled. Among the 551 species assessed for conservation status we found food or medicinal uses in 187, a third of which are under some degree of threat with extinction. Therefore, a comprehensive review of their reported properties for food (168 species) and medicines (42 species) has been structured. Fruits, essential oil from leaves, and plant extracts are the main products investigated. These products have a set of nutritional components and/or bioactive compounds that can supply specific demands of the food, pharmaceutical and/or cosmetic industry and help maintain the biodiversity of these systems through conservation through use. In Chapter III of this project, uvaia, grumixama, and feijoa leaves were collected from AFS in Santa Catarina State, and the effect of drying temperature (40, 50 and 60°C) on the phenolic compounds profile evaluated by LC-ESI-MS/MS, and antioxidant activity of the extracts produced from the leaves were evaluated. In the uvaia extracts, the major compounds were EGCG, gallic acid, and isoquercitin, accounting for 94% of their phenolic compounds, and leaves dried at 50°C promoted a better phenolic extraction. The gallic acid, 2.5 DHBA and isoqueticitrin represent 79% of the relative composition of phenolic compound in grumixama extracts, and leaves dried at 60°C was the condition that allowed a greater extraction. While, epicatechin, catechin, gallic acid, and isoquercitrin correspond by 66% of phenolic composition of feijoa leaves. Grumixama had the highest values for antioxidant activity by the FCRC and DPPH while feijoa had significant values for FRAP, in all treatments. Dried leaves at 50°C showed higher antioxidant activity for all methods, except for grumixama that showed this behavior at 60°C. Chapter IV presents the study of nanoemulsion formulation and characterization, produced by the spontaneous emulsification method, loaded with lyophilized grumixama leaves extract. Formulations with 0, 125, and 200 mg of grumixama leaves extract were prepared, named Control (C), E125, and E200, respectively. All nanoemulsions showed nanometer size, zeta potential near -30 mV, and PDI < 0.40. These parameters ensured good stability over 180 and 160 days of storage at 4°C, for E125 and E200, respectively. Morphologically (TEM) the nanoemulsions presented a spherical shape, formulation E125 presented a compact surface, while E200 presented branching that was attributed to the excess of extract and decreased concentration of grape seed oil in this formulation. The results obtained in TG suggest that the E125 nanoemulsion acted more efficiently in protecting the extract from thermal degradation up to 250°C. DSC analysis indicated that there was good compatibility between the grumixama leaves extract and the other components of the nanoemulsion. The main functional groups found in the FTIR spectra of the extract are in accordance with that identified in the structure of gallic acid, 2,5 DHBA, and isoquercitrin. Formulation E125 showed better encapsulation performance when compared to E200 and nanotechnology may be a viable alternative for the protection of bioactive compounds and development of new sustainable products and ingredients. Chapter V aimed to evaluate the antioxidant and antimicrobial activity of nanoemulsions with extract of grumixama leaves (E125 and E200). The nanoemulsions antioxidant activity evaluated by the CRFC and DPPH methods increased with the addition of the grumixama leaves extract in formulations E125 and E200, and the results remained stable after 30 days of storage. The freeze-dried extract of the grumixama leaves in free form showed strong antimicrobial activity against the strains of Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella Typhimurium evaluated by the disc diffusion method. The nanoemulsions showed a trend of antimicrobial activity similar to the free form extract with higher activity against Gram-positive bacteria (S. aureus, B. cereus, L. monocytogenes). The E125 nanoemulsion showed MIC against B. cereus and L. monocytogenes and MBC only for L. monocytogenes. On the other hand, the E200 nanoemulsion showed MIC and MBC for all Gram-positive species. However, nanoemulsions loaded with grumixama leaves extract showed promising characteristics for application as a natural antioxidant and antimicrobial additive for food products. These results reinforce the importance of evaluating the technological and functional potential of endemic species of Santa Catarina State, in order to promote the expansion and diversification of natural extracts for industrial use, as well as to promote the conservation of these native species through continued use.