EXTRAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE EXTRATOS DE ANTOCIANINAS DE FEIJÃO PRETO (Phaseolus Vulgaris L.) OBTIDOS UTILIZANDO DIFERENTES SOLVENTES

Jéssica Santos de Oliveira *; Miriam Santos Pachêco de Lima ; Jocilane Pereira de Oliveira ; Esaul Lucas Oliveira ; Carolina da Silva Ponciano ; Cristiane Patrícia de Oliveira ; Cristiane Martins Veloso

*Autor correspondente (Corresponding author) – – Email: jeeloliver10@gmail.com

DOI: 10.53934/agronfy-2025-01-03

ISBN: 978-65-85062-21-3

Este capítulo faz parte da coletânea de trabalhos apresentados no III Congresso Brasileiro de Ciências dos Alimentos publicado no livro: Avanços e Pesquisas em Ciência dos Alimentos – Acesse ele aqui.

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RESUMO

O feijão preto (Phaseolus vulgaris L.) é uma leguminosa rica em antocianinas, pigmentos estudados como fontes naturais de indicadores ácido-base. Este trabalho teve como objetivo obter extratos de antocianinas do feijão preto usando diferentes solventes (água, álcool 70%, e álcool 70% + água Milli-Q na proporção de 7:3) e caracterizá-los por análises de cor quando submetidos a soluções tampão com pH variando de 3 a 10, utilizando espectrofotometria UV-Vis e análise de cor (escala CIELAB) para verificar seu potencial indicador de pH. O extrato aquoso se mostrou menos translúcido, mas se demonstrou eficiente na transição de cor em diferentes faixas de pH, apresentando cores fortes que variaram entre o vermelho, cinza e verde. Os extratos hidroalcóolicos (álcool 70% e álcool 70% + água Milli-Q 7:3) apresentaram cores similares que transitaram entre vermelho, rosa, incolor e verde, em diferentes faixas de pH. Ambos extratos apresentaram picos batacrômicos em 520 e 600 nm o que indicou a modificação estrutural da antocianina e, consequentemente, a mudança de cor. Embora o extrato obtido utilizando álcool 70% + água Milli-Q 7:3 apresentasse cores mais intensas, ambos os extratos de feijão preto demonstraram eficiência como indicadores naturais ácido-base, exibindo tonalidades distintas em diferentes faixas de pH. Assim, o feijão preto pode ser uma alternativa sustentável e de baixo custo aos indicadores de pH sintéticos, podendo ser usado como indicador ácido-base e tendo potencial para ser empregado como pigmento em materiais cujo objetivo principal seja a mudança de cor conforme o pH do meio.

Palavras-chave: antocianidinas; indicador de pH; leguminosas; pigmentos.

INTRODUÇÃO

As antocianinas são pigmentos orgânicos pertencentes ao grupo dos compostos fenólicos, encontrados em flores, frutos, vegetais e em algumas leguminosas, como o feijão preto. Suas cores podem variar entre roxo, violeta, azul, magenta e vermelho, sendo que o número e a posição das hidroxilas na sua cadeia influenciam diretamente na intensidade e na estabilidade da cor (1,2).

As antocianinas apresentam alto potencial bioativo, podendo ser utilizadas como corantes naturais em alimentos por não serem tóxicas e serem economicamente viáveis, contribuindo para a melhoria dos atributos sensoriais (3,4). Também podem ser empregadas como indicadores ácido-base, que são substâncias orgânicas fracamente ácidas ou básicas que mudam de cor em função do pH, apresentando diferentes tonalidades em suas formas protonadas ou desprotonadas, possibilitando seu uso como indicadores naturais de pH (5). Seus pigmentos, considerados instáveis, apresentam maior estabilidade em condições ácidas e podem sofrer modificações por fatores como pH do meio circundante, temperatura, oxigênio, presença de enzimas, metais ou pelo fenômeno de copigmentação (1).

Em meio aquoso, as antocianinas apresentam estruturas químicas que mudam conforme o pH, incluindo o cátion flavilium (vermelho), a base anidra quinoidal (azul), a pseudo-base carbitol (incolor) e a chalcona (incolor ou levemente amarela). Em meio ácido, as antocianinas estão na forma catiônica e, à medida que o pH aumenta, ocorre a formação rápida de uma base quinoidal devido à desprotonação. Em meio neutro, o cátion flavilium é hidratado, estabelecendo um equilíbrio entre as formas carbitol e chalcona (6).

A facilidade de obtenção das antocianinas, tanto em termos de custo quanto de métodos de extração, motiva o interesse de diversos pesquisadores. Este material permite o desenvolvimento de indicadores naturais de pH, que sofrem modificações de cor com a variação de pH, sendo útil em diversas aplicações industriais e de consumo (7). Desse modo, o presente trabalho teve como objetivo obter extratos de antocianinas do feijão preto utilizando diferentes solventes (água, álcool 70% e álcool 70% + água Milli-Q na proporção de 7:3) e caracterizá-los mediante análises de cor quando submetidos a diferentes soluções tampão, com pH variando de 3 a 10, para verificar seu potencial indicador de pH.

MATERIAIS E MÉTODOS

Extração de antocianina

A extração de antocianinas do feijão preto (Phaseolus vulgaris L.) seguiu o método proposto por Pereira Jr, De Arruda e Stefani (8), com adaptações. Três solventes foram utilizados para a extração: o primeiro foi água Milli-Q, o segundo foi álcool etílico 70% SYNTH P.A.-A.C.S. (P.M. 46,07 g), e o último foi uma mistura de álcool etílico 70% com água Milli-Q, na proporção 7:3 (v/v), sendo o pH de ambas as soluções ajustado para 2,0 com ácido clorídrico (HCl) REATEC P.A.-A.C.S. (P.M. 36,46 g; 1,4 mol.L-1). Para a extração, foram utilizados 62,5 g de feijão preto inteiro in natura em 250 mL de cada solvente extrator, permanecendo por 24 horas em temperatura ambiente (25°C), na ausência de luz. Após esse processo, a solução foi filtrada utilizando um filtro de membrana Whatman™ Nylon, com 25 mm de diâmetro e poro de 0,22 mm. Posteriormente, a cor dos extratos foi avaliada.

Avaliação espectrofotometrica na região do visível do extrato de feijão preto em diferentes valores de pH

O espectro de absorção das antocianinas do feijão preto na região do visível foi avaliado em função da variação de pH utilizando diferentes meios tamponantes, conforme técnica descrita por Liu et al. (9). Os extratos foram adicionados de soluções tampões (pH 3-10), na proporção de 1:1, e armazenadas na ausência de luz por 30 minutos. Posteriormente, as absorbâncias das soluções foram determinadas utilizando um espectrofotômetro UV-vis (modelo UV 1800, Shimadzu, Japão), na faixa espectral de 400 a 700 nm.

Análise de cor pela escala Cielab utilizando análise de imagens digitais

A análise colorimétrica dos extratos foi realizada utilizando a metodologia proposta por Franco et al. (10), com modificações. As cores das amostras foram avaliadas (quatro repetições em quatro diferentes regiões dos extratos) por meio de registros fotográficos utilizando um smartphone (Samsung® Galaxy S20-FE, processador Qualcomm Snapdragon 865 Octa-Core, 128GB, câmera traseira lente tripla com resolução ultra-angular, ultragrande-angular e teleobjetiva), sendo as coordenadas L, a* e b* na escala CIELAB determinadas pelo aplicativo colorimétrico Color Lab, Vilka Studios, versão 1.2, 2017 disponível para sistema operacional Android (PLAY STORE).

As imagens foram capturadas em um ambiente climatizado (25 + 2 °C), e iluminado com 9 lâmpadas tubulares fluorescentes LED branca (OsRAM T8 18w 6500K) a uma distância de 80 cm da amostra, tendo como plano de fundo uma folha de papel sulfite branca tamanho A4. Os extratos foram posicionados a 10 cm da lente da câmera do smartphone para foco da imagem e determinação dos atributos colorimétricos.

A diferença total de cor zero (∆E) foi calculada a partir das coordenadas L0*, a0* e b0* dos extratos no tempo zero e em função dos valores das coordenadas colorimétricas dos extratos após exposição a meios tamponantes com diferentes valores de pH (Equação 1).

Em que: ∆E* = (L* – L*0); ∆a* = (a* – a*0) e ∆b* = (b* – b*0).

Análise estatística

As avaliações dos extratos do feijão preto em relação a mudança de cor foram realizadas qualitativamente e estatisticamente por análise de variância (ANOVA), seguida pelo teste de Tukey ao nível de significância de (p<0,05). As análises estatísticas foram realizadas utilizando o SAS® Software University (Institute Inc., North Carolina, Car, EUA) e os gráficos plotados no OriginPro 2018 (OriginLab Corporation., Northampton, Massachusetts, EUA). Todas as análises foram realizadas com 4 repetições.

RESULTADOS E DISCUSSÕES

Avaliação espectrofotometrica na regiao do visível para o extrato de feijão preto em diferentes valores de pH

As análises visuais dos extratos podem ser observadas na Figura 1(a). O extrato obtido em água apresentou modificações de cor em diferentes faixas de pH. Entre os valores de pH 3 e 6, verificou-se uma coloração avermelhada. À medida que o pH aumentava, a coloração mudou para cinza no pH 7 e 9, e verde no pH 10. Os extratos obtidos utilizando solventes hidroalcóolicos apresentaram colorações similares, mas em diferentes faixas de pH, exceto no pH 3, onde ambos apresentaram a mesma cor. Para o extrato obtido utilizando álcool, a cor rosa clara foi apresentada do pH 4 ao 5, mudando para incolor no pH 6-7. A coloração então se modificou para verde nos pH 8 ao 10. No extrato obtido utilizando alcóol 70% + água Milli-Q, a coloração rosa clara esteve presente entre os valores de pH 4-6. Ao aumentar o pH para 7, a cor característica foi cinza, que se modificou para verde no pH 8, prevalecendo essa cor até o pH 10. Desta forma, observa-se que ambos solventes promoveram indicações de cor similares em diferentes faixas de pH. No entanto, o extrato contendo álcool 70% + água Milli-Q conseguiu entregar cores mais translucidas, na qual obteve melhor variações de cor nas diferentes soluções tampões.

De acordo com Torskangerpoll e Andersen (11), grande parte das antocianinas presentes em alimentos, como a cianidina e a delfinidina, apresentam maior estabilidade em condições extremamente ácidas, o que segundo Boccalon et al. (12) é representado pela coloração vermelha. Cores similares foram apresentadas no estudo de Nunes, Jansen e Quináia (13), no qual foram extraídas antocianinas do feijão preto em água, sendo a coloração vermelha apresentada em meio ácido (pH 2,2) e a cor verde em meio alcalino (pH 9,0). Essas alterações de cor ocorrem devido ao aumento do pH pela adição de bases nas soluções, o que proporciona o desequilíbrio químico das antocianinas, favorecendo a transferência de prótons e gerando, nas soluções, a base quinoidal neutra que compete com o sistema do hemicetal B, formando a cis-chalcona (11). Além disso, a mudança de cor do vermelho/rosa para o incolor pode ocorrer devido à hidratação do cátion flavílio em C-2 para formar uma pseudobase de carbinol (14). Apesar do extrato obtido em água ser menos translúcido do que os solventes hidroalcóolicos as modificações e a intensidade das cores observadas potencializam seu uso como indicador ácido-base.

Os espectros na região do visível dos extratos são apresentados na Figura 1 (b). Os espectros dos extratos extraídos em água, álcool 70% e em álcool 70% + água MilliQ (Figura 1 (a), (b) e (c)) apresentaram regiões de absorção máxima em 520 e 600 nm, respectivamente, indicando a modificação estrutural da antocianina e, consequentemente, a mudança de cor. Contudo, apesar dos extratos apresentarem picos batacrômicos em comprimentos de ondas similares, o extrato obtido em álcool 70% + água Milli-Q, seguido do extrato obtido somente em água apresentaram picos batacrômicos mais proeminentes, apresentando maior intensidade de absorção.

Resultados similares foram apresentados por Vankar e Dhara Bajpai (15), no qual a antocianina extraída de flores de rosa mostrou uma mudança máxima de comprimento de onda de 517 nm (rosa escuro) para 592 nm (verde) entre a faixa de pH 2 a 9. Assim como os resultados acima, Torskangerpoll e Andersen (11) relataram picos similares para extratos de feijão preto obtidos em água, verificando um pico intenso em pH ácido em 523 nm e, em pH básico (pH 9), a absorbância máxima foi visualizada em 620 nm.

Os espectros apresentados podem estar associados a formação do complexo π–π das antocianinas que possibilita modificações das moléculas do íon flavílio, ocasionando a quebra do catíon flavílio que diminui as ligações duplas conjungadas aumentando a intensidade de absorção (efeito hipercrômico) e seu comprimento de onda (deslocamento batocrômico), resultando na mudança das configurações da molécula de antocianina para formar não apenas uma espécie em equilíbrio, mas duas ou mais, como a pseudobase carbinol (incolor), quinoidal (azul) e/ou chalcona (amarelo), que quando inseridas em meio ácido fraco e básico apresenta há perda da coloração inicial (11, 16), e a combinação das cores azul e amarela, durante a conversão estrutural da antocianina, pode influenciar no aparecimento da cor verde (17).

Figura 1 – Espectros e registros fotográficos de extratos de antocianinas de feijão preto obtidos em água (a), álcool 70% (b) e álcool 70% + água Milli-Q (7:3) (c).

Análise de cor pela escala Cielab utilizando aplicativo Color Lab

A Tabela 1 apresenta os valores médios das coordenadas L, a* e b* na escala Cielab dos extratos submetidos a diferentes soluções tampões (pH 3 ao 10). Amostras mais escuras apresentaram menores valores de L*, uma vez que apresentaram maior opacidade, o que pode ser visualizado pelos valores em pH 10. Como esperado os extratos em pH mais baixo apresentaram valores de a* maiores (pH 3), isto porque em pH extremamente ácido ocorre a predominância do catíon flavílio e coloração vermelha (14). A vermelhidão dos extratos se modificou à medida que o pH aumentou, apresentando valores de a* de 2,22 e 1,46 para extrato alcoólico e 6,31 e 5,56 para extrato obtido em álcool 70% + água Milli-Q, respectivamente, no qual corresponde a hidratação do catíon flavílio (18) e confirma a coloração rosa claro entre o pH 5 e 6 apresentado pelos registros fotográficos da Figura 1. Em pH extremamente básico (pH 10) maiores valor de b* foram observados, tanto para o extrato obtido em água (21, 82), quanto para álcool (5,07) e álcool 70% + água Milli-Q (21,19), apesar do valor b* do extrato obtido em condições alcoólicas ser menor que os outros em pH 10, a coloração verde apresentada por ambos, independente da intensidade, ainda indica, assim como os outros a modificação estrutural do catíon flavílio, decorrente da interação entre a base quinoidal e a chacolna na qual deriva o composto de característica verde (17).

Os valores de ΔE* (diferença total de cor) apresentados para os extratos obtidos em água não apresentaram diferença significativa nas diferentes faixas de pH. Entretanto, os extratos hidroalcóolicos apresentaram diferenças significativas, as quais respaldam a diferença total de cor entre as amostras. Apesar do extrato aquoso de antocianina não apresentar diferença total de cor significativa entre as amostras, os valores de ∆E* apresentados em todas as faixas de pH para ambos extratos estudados indicam que as cores podem ser observadas ao olho nu uma vez que ultrapassam a escala de pontos determinantes para esta observação. Tal relato pode ser confirmado no estudo de Castro et al. (19), onde valores de ∆E* acima de 31 pontos forneceram cores absolutamente diferentes. Tassanawat et al. (20) afirmam que ∆E* acima de 5 pontos já podem apresentar cores diferentes detectadas visualmente, enquanto valores de ∆E* acima de 12 pontos apresentam cores absolutamente diferentes.

CONCLUSÕES

A capacidade de modificação de cor dos extratos de feijão preto, independentemente do tipo de solvente utilizado, quando submetidos a diferentes soluções tampão, demonstrou que ambos os extratos apresentam potencial para serem utilizados como indicadores de pH. Esses extratos se apresentam como uma alternativa sustentável e de baixo custo em comparação aos indicadores de pH sintéticos, podendo ser utilizados como indicadores ácido-base e tendo potencial para serem empregados como pigmentos em materiais cujo objetivo principal seja a mudança de cor conforme o pH do meio.

AGRADECIMENTOS

Agradeço à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado da Bahia e à Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia que disponibilizaram recursos e infraestrutura necessários para a realização desta pesquisa.

REFERÊNCIAS

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