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.

Orientador: Helena Teixeira Godoy / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-14T14:32:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cerro-Quintana_RominaSofia_M.pdf: 1888892 bytes, checksum: a00d1cae4aa4bb2ed11521b4f17bba31 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O milho roxo (Zea mays L.) é uma variedade diferenciada de milho que cresce naturalmente no Peru e tem sido tradicionalmente usado para o preparo de sobremesas e sucos, devido à intensa coloração presente no sabugo e no pericarpo dos grãos. Além disso, publicações científicas recentes têm avaliado e demonstrado a presença de antocianinas e outros compostos fenólicos em grande quantidade tanto nos grãos quanto no sabugo, os quais apresentam propriedades que podem melhorar algumas funções físicas do organismo, e até ajudar na prevenção e combate de doenças degenerativas. Neste trabalho, se otimizou um método de extração do pigmento do sabugo do milho roxo, por meio de planejamentos experimentais e análise de superfícies de resposta, nos quais foram estudados os efeitos de variáveis como, tipo de solvente, composição do solvente, pH, tempo e temperatura de extração, número de extrações e massa de amostra, sobre o teor de antocianinas monoméricas totais, fenólicos totais, índice de atividade antioxidante e rendimento total do extrato. As superfícies de resposta obtidas indicaram a água como melhor solvente extrator nas condições de pH 4, 60 minutos de extração a 50°C, 3 extrações subseqüe ntes e 1 g de amostra. Uma vez validadas as condições de extração dos pigmentos, os mesmos foram analisados por meio da técnica de espectrometria de massas, com a finalidade de identificar as antocianinas presentes neles, por serem estas os compostos de destaque na amostra. Foram identificadas 9 antocianinas: cianidina-3-o-glicosídio, pelargonidina-3-o-glicosídio, peonidina-3-o-glicosídio, cianidina-3(6¿malonilglicosídio), pelargonidina-3(6¿malonilglicosídio), peonidina-3(6¿malonilglicosídio), cianidina-3(3¿,6¿dimalonilglicosídio), peonidina-3(3¿,6¿dimalonilglicosídio) e pelargonidina-dimalonilglicosídio, sendo que a presença desta última antocianina não foi relatada anteriormente em pesquisas realizadas nesta matriz. Por último, aplicou-se o extrato liofilizado obtido nas condições otimizadas em três sistemas alimentares (gelatina, suco instantâneo e bebida isotônica) em diferentes concentrações, com a finalidade de verificar a estabilidade e vida de prateleira do pigmento como corante natural, assim como, o poder tintorial ao ser comparado com amostras comerciais contendo corantes sintéticos. A cor foi avaliada pelo sistema CIEL*a*b* através dos parâmetros L*, h, C* e _E. Os resultados mostraram que o pigmento extraído foi estável por 7 dias nas amostras de gelatina e suco instantâneo, conservadas a temperaturas de refrigeração e com incidência ocasional de luz, enquanto à bebida isotônica, o extrato mostrou diferenças significativas na coloração final observada depois de 16 dias de estocagem a temperatura ambiente e sob intensa iluminação. Ao serem avaliadas as concentrações do pigmento e comparadas com os produtos comercias com corantes sintéticos, observou-se que nenhuma das concentrações aplicadas na gelatina foram o suficiente intensas para alcançar a coloração padrão, também foi observado que as concentrações 0,5 e 0,8 mg/mL testadas na bebida isotônica se mostraram diferentes, mas, muito próximas da cor apresentada pelo padrão, enquanto que, para o suco instantâneo a concentração de 0,8 mg/mL foi suficiente para se aproximar e reproduzir a tonalidade apresentada pela amostra padrão, demonstrando que para esta matriz a substituição do corante sintético pelo natural é uma opção viável / Abstract: Purple corn (Zea mays L.) is a peculiar variety of corn that normally grows in Peru and has been traditionally used for desserts and drinks, due to the intense color presented on the cob and grains¿ pericarp. Recent scientific publications have evaluated and demonstrated the presence of anthocyanins and other phenolic compounds in large quantities in grains and cobs of purple corn, which have properties that might improve some physical functions of the body, and help to prevent and fight degenerative diseases. On this job was optimized a extraction method of purple corncob pigment using design of experiments and surface response analysis, where were studied some variable¿s effects as, kind of solvent, solvent¿s composition, pH, extraction¿s time and temperature, number of extractions, sample mass, over total monomeric anthocyanin content, total phenolics content, antioxidant activity index and total extract yield. Response surfaces showed water as the best extraction solvent on the next conditions: pH 4, 60 minutes of extraction, 50 °C, 3 extractions and 1 gram of sample. Once that the best condition was validated, the pigment was analyzed with mass spectrometry technique with the aim of identify the presents anthocyanins at the sample, due they are the most important compounds in this matrix. Were identified 9 anthocyanins, cyanidin-3-o-glucoside, pelargonidin-3-o-glucoside, peonidin-3-oglucoside, cyanidin-3(6¿malonylglucoside), pelargonidin-3(6¿malonylglucoside), peonidin-3(6¿malonylglucoside), cyanidin-3(3¿6¿dimalonylglucoside), peonidin-3(3¿6¿dimalonylglucoside) and pelargonidin-dimalonylglucoside, since this last anthocyanin has not been mentioned in previous papers about this matrix. Finally, the pigment obtained with the optimized conditions of extraction was applied in three food systems (gelatin, instant juice and an isotonic soft drink) in different concentrations, with the objective of verify the pigment stability and shelf-life time once that is applied as a natural pigment, as well as, the evaluation of the tintorial strength when compared with synthetics samples. Visual color was evaluated with CIEL*a*b* system through L*, h, C* and _E parameters. The results showed the purple corncob pigment is stable for 7 days of evaluation on gelatin and instant juice samples, when conserved at refrigerated temperatures and occasional illumination. When pigment concentrations were evaluated and compared with synthetics products, was observed that no one of the concentrations applied on gelatin were enough intense to reach the standard color. Was observed as well that, concentrations of 0,5 and 0,8 mg/mL tested on isotonic soft drink showed significant difference on color parameters, but pretty close to the standard¿s ones, in addition, 0,8 mg/mL concentration of instant juice color parameters matched with the standard ones, demonstrating that, for this matrix, purple corncob pigment is a great and stable substituent for artificial color additives in dairy products / Mestrado / Mestre em Ciência de Alimentos

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.