Antocianinas: corantes naturais para alimentos, cosméticos, tintas e experiências para ensinar e aprender Química
Item
Título para divulgação do texto
Antocianinas: corantes naturais para alimentos, cosméticos, tintas e experiências para ensinar e aprender Química
Título original da pesquisa
Estudos com antocianinas extraídas de amora (Morus sp), amora preta (Morus nigra), jabuticaba (Myrtus jaboticaba), jambolão (Syzygium cuminii), jussara (Euterpe edulis Mart) e uva (Vitis vinifera).
Imagem de capa
Revisão de texto
Autores do texto original
Fonte(s) Financiadora(s)
Resumo
Os pesquisadores usam corantes naturais, cosméticos, tintas e experiências para ensinar e aprender química.
Tipo
Projeto de pesquisa
O que é a pesquisa?
Flores, frutas, folhas e algumas raízes com coloração de vermelho a azul contêm, dentre outros compostos coloridos, as antocianinas. Trata-se de corantes naturais com interessantes propriedades que vão além da cor que produzem, pois podem ter diversas aplicações. Esses compostos químicos são muito delicados, porque podem ser destruídos pela ação de luz, calor, micro-organismos e variações de condições do meio onde estão presentes, como o pH.
Apesar disso, é importante estudá-las para conhecê-las melhor, pois podem ser usadas como corantes em alimentos e cosméticos, em produtos nutracêuticos e cosmecêuticos, além de potencial uso para produção de tintas atóxicas e a realização de experiências para ensinar e aprender Química. Características que tornam as antocianinas delicadas também fazem com que essas moléculas tenham importantes ações em processos que ocorrem nos organismos, com diversos benefícios para a saúde como agentes anti-inflamatórios e até antitumoral em alguns casos específicos, o que vem sendo estudado por pesquisadores de diferentes áreas do conhecimento científico.
Várias espécies vegetais contêm antocianinas em sua composição, com finalidades específicas. Para as flores e frutas, a coloração resultante da presença de antocianinas pode representar um fator adicional para atração de agentes polinizadores, o que tem importante papel no ciclo reprodutivo das plantas. Além disso, pode-se considerar que, nas frutas, a presença de antocianinas favoreça o sabor adocicado, pois durante o amadurecimento, ocorre degradação dos corantes com liberação de açúcar. A grande maioria de brotos e folhas jovens das plantas contém altos teores de antocianinas para proteção de estruturas e outros compostos celulares durante o crescimento inicial, porque funcionam como antioxidantes. Essa ação antioxidante das antocianinas tem várias consequências, sendo algumas interessantes e favoráveis, como sua ação protetora nos brotos vegetais e em diversos processos metabólicos com benefícios à saúde. Mas, por outro lado, isso torna esses compostos muito delicados e, por isso, difíceis de serem obtidos a partir de fontes naturais, conservados e aplicados.
Quimicamente falando, antocianinas são moléculas com estruturas elaboradas, cuja estrutura genérica é o cátion flavílico substituído em posições específicas com açúcares, aos quais podem estar ligados ácidos fenólicos. Os diferentes grupos ligados em R, R’ e R’’, assim como os ácidos a eles ligados, caracterizam as diferentes moléculas de antocianinas. Os nomes complicados das diferentes antocianinas decorrem de regras para nomenclatura química e não precisam ser memorizados, mas aparecem para indicar formas oficiais de identificá-las.
A síntese artificial de antocianinas ainda não é um processo simples nem barato, por isso aplicações desses compostos envolvem sua extração a partir de espécies vegetais, principalmente frutas, nas quais o teor de antocianinas é mais alto. O custo de comercialização de antocianinas isoladas e quimicamente puras é muito alto (um miligrama de antocianina pode custar, até mais de 1.000 dólares). Portanto, é necessário expandir as possibilidades de sua obtenção em larga escala, a partir de fontes naturais de forma sustentável, para viabilizar o desenvolvimento de suas aplicações, com grandes benefícios para a sociedade.
Apesar disso, é importante estudá-las para conhecê-las melhor, pois podem ser usadas como corantes em alimentos e cosméticos, em produtos nutracêuticos e cosmecêuticos, além de potencial uso para produção de tintas atóxicas e a realização de experiências para ensinar e aprender Química. Características que tornam as antocianinas delicadas também fazem com que essas moléculas tenham importantes ações em processos que ocorrem nos organismos, com diversos benefícios para a saúde como agentes anti-inflamatórios e até antitumoral em alguns casos específicos, o que vem sendo estudado por pesquisadores de diferentes áreas do conhecimento científico.
Várias espécies vegetais contêm antocianinas em sua composição, com finalidades específicas. Para as flores e frutas, a coloração resultante da presença de antocianinas pode representar um fator adicional para atração de agentes polinizadores, o que tem importante papel no ciclo reprodutivo das plantas. Além disso, pode-se considerar que, nas frutas, a presença de antocianinas favoreça o sabor adocicado, pois durante o amadurecimento, ocorre degradação dos corantes com liberação de açúcar. A grande maioria de brotos e folhas jovens das plantas contém altos teores de antocianinas para proteção de estruturas e outros compostos celulares durante o crescimento inicial, porque funcionam como antioxidantes. Essa ação antioxidante das antocianinas tem várias consequências, sendo algumas interessantes e favoráveis, como sua ação protetora nos brotos vegetais e em diversos processos metabólicos com benefícios à saúde. Mas, por outro lado, isso torna esses compostos muito delicados e, por isso, difíceis de serem obtidos a partir de fontes naturais, conservados e aplicados.
Quimicamente falando, antocianinas são moléculas com estruturas elaboradas, cuja estrutura genérica é o cátion flavílico substituído em posições específicas com açúcares, aos quais podem estar ligados ácidos fenólicos. Os diferentes grupos ligados em R, R’ e R’’, assim como os ácidos a eles ligados, caracterizam as diferentes moléculas de antocianinas. Os nomes complicados das diferentes antocianinas decorrem de regras para nomenclatura química e não precisam ser memorizados, mas aparecem para indicar formas oficiais de identificá-las.
A síntese artificial de antocianinas ainda não é um processo simples nem barato, por isso aplicações desses compostos envolvem sua extração a partir de espécies vegetais, principalmente frutas, nas quais o teor de antocianinas é mais alto. O custo de comercialização de antocianinas isoladas e quimicamente puras é muito alto (um miligrama de antocianina pode custar, até mais de 1.000 dólares). Portanto, é necessário expandir as possibilidades de sua obtenção em larga escala, a partir de fontes naturais de forma sustentável, para viabilizar o desenvolvimento de suas aplicações, com grandes benefícios para a sociedade.
Como é feita a pesquisa?
Em laboratórios químicos, é possível realizar estudos com diversas condições para extração, purificação, análise e armazenamento de antocianinas, a partir de diversas fontes vegetais. Frutas são preferencialmente estudadas, porque em geral contêm muito mais antocianinas que flores ou folhas, e raízes ricas em antocianinas não são comuns no Brasil. O Grupo de Pesquisas em Química Analítica e Educação (GPQUAE), do Instituto de Química da Universidade de Campinas (Unicamp), vem trabalhando com frutas de comércio regular no Brasil (amoras e uvas), além da nativa jabuticaba e frutas ainda pouco conhecidas ou consumidas no País, como o jambolão (ou jamelão ou jambu ou azeitona-do-nordeste) e a jussara. No caso dos frutos da palmeira jussara, usá-los é uma forma de estimular o aproveitamento sustentável dessa palmeira que, normalmente, é explorada de forma predatória para obtenção ilegal de palmito com a morte da planta.
A extração é estudada para maximizar a quantidade de antocianinas obtida com solventes atóxicos e que garantam a maior durabilidade dos extratos. Os estudos realizados pelo GPQUAE indicam a adequação do uso de água corrente ou etanol como solventes, aplicando-se o processo de branqueamento, como forma de aumentar a durabilidade dos extratos que devem ser armazenados ao abrigo da luz e a baixas temperaturas (cerca de 12oC, temperatura de refrigeradores domésticos) para evitar perdas maiores que 30% do teor inicial de antocianinas. Foi constatado, ainda, que é possível congelar as frutas a -5oC para uso posterior sem perda significativa de antocianinas. Isso é favorável, porque indica a possibilidade de estocagem das frutas na época da safra para extração posterior, o que é melhor que estocar por longo período as antocianinas na forma de extrato.
Para acompanhar o desempenho dos métodos de extração, purificação e armazenamento, é necessário realizar análises nos extratos e, para isso, empregam-se espectrotofotometria, cromatografia líquida de alta eficiência e espectrometria de massas. O grupo de pesquisa vem trabalhando para simplificar os procedimentos para realização das análises e para aproveitar melhor os dados obtidos com técnicas analíticas sofisticadas, o que vai permitir a identificação de parâmetros de qualidade dos extratos como idade, fonte de extração e composição, com uso de quimiometria. Em condições otimizadas de extração, podem ser encontradas as seguintes concentrações médias, expressas em miligramas de antocianinas por 100 gramas de fruta: amora: 140, amora preta: 150, cascas de jabuticaba: 100, jambolão: 140, jussara: 600, uva brasil: 200. Esses valores podem ser bastante diferentes em função de diversos fatores relacionados com cultivo das frutas, época do ano, temperatura média, insolação etc. Algumas flores também contêm antocianinas, no entanto seu uso para obtenção de grandes quantidades do corante é pouco viável, uma vez que seriam necessárias quantidades muito grandes de pétalas em comparação com as quantidades de frutas.
Uma das variações de propriedades mais conhecidas das antocianinas está relacionada com a mudança de cores de suas soluções em decorrência de alterações em valores de pH, o que afeta diretamente a aplicabilidade industrial desses corantes naturais. Essa propriedade é demonstrada em experimentos didáticos populares que utilizam o extrato de repolho roxo, que é um extrato de antocianina, como indicador do pH de diferentes amostras. Dos trabalhos do GPQUAE, surgiram experimentos que aproveitam extratos de frutas para medir o pH de diversos produtos de uso doméstico, com escalas de cores.
As mudanças de estrutura das antocianinas em solução no extrato de repolho roxo e de outras espécies vegetais como amora, berinjela, jabuticaba, jambolão, jussara, uva, dentre outras, decorrentes da variação do pH do meio, são responsáveis pela mudança de cor da solução e isso serve para indicar o pH do meio. O texto traz sugestões de leituras para esclarecer detalhes sobre formas de medir pH, com uso de indicadores e propostas de experimentos e atividades lúdicas envolvendo antocianinas, que podem ser facilmente realizadas na escola ou em casa.
A extração é estudada para maximizar a quantidade de antocianinas obtida com solventes atóxicos e que garantam a maior durabilidade dos extratos. Os estudos realizados pelo GPQUAE indicam a adequação do uso de água corrente ou etanol como solventes, aplicando-se o processo de branqueamento, como forma de aumentar a durabilidade dos extratos que devem ser armazenados ao abrigo da luz e a baixas temperaturas (cerca de 12oC, temperatura de refrigeradores domésticos) para evitar perdas maiores que 30% do teor inicial de antocianinas. Foi constatado, ainda, que é possível congelar as frutas a -5oC para uso posterior sem perda significativa de antocianinas. Isso é favorável, porque indica a possibilidade de estocagem das frutas na época da safra para extração posterior, o que é melhor que estocar por longo período as antocianinas na forma de extrato.
Para acompanhar o desempenho dos métodos de extração, purificação e armazenamento, é necessário realizar análises nos extratos e, para isso, empregam-se espectrotofotometria, cromatografia líquida de alta eficiência e espectrometria de massas. O grupo de pesquisa vem trabalhando para simplificar os procedimentos para realização das análises e para aproveitar melhor os dados obtidos com técnicas analíticas sofisticadas, o que vai permitir a identificação de parâmetros de qualidade dos extratos como idade, fonte de extração e composição, com uso de quimiometria. Em condições otimizadas de extração, podem ser encontradas as seguintes concentrações médias, expressas em miligramas de antocianinas por 100 gramas de fruta: amora: 140, amora preta: 150, cascas de jabuticaba: 100, jambolão: 140, jussara: 600, uva brasil: 200. Esses valores podem ser bastante diferentes em função de diversos fatores relacionados com cultivo das frutas, época do ano, temperatura média, insolação etc. Algumas flores também contêm antocianinas, no entanto seu uso para obtenção de grandes quantidades do corante é pouco viável, uma vez que seriam necessárias quantidades muito grandes de pétalas em comparação com as quantidades de frutas.
Uma das variações de propriedades mais conhecidas das antocianinas está relacionada com a mudança de cores de suas soluções em decorrência de alterações em valores de pH, o que afeta diretamente a aplicabilidade industrial desses corantes naturais. Essa propriedade é demonstrada em experimentos didáticos populares que utilizam o extrato de repolho roxo, que é um extrato de antocianina, como indicador do pH de diferentes amostras. Dos trabalhos do GPQUAE, surgiram experimentos que aproveitam extratos de frutas para medir o pH de diversos produtos de uso doméstico, com escalas de cores.
As mudanças de estrutura das antocianinas em solução no extrato de repolho roxo e de outras espécies vegetais como amora, berinjela, jabuticaba, jambolão, jussara, uva, dentre outras, decorrentes da variação do pH do meio, são responsáveis pela mudança de cor da solução e isso serve para indicar o pH do meio. O texto traz sugestões de leituras para esclarecer detalhes sobre formas de medir pH, com uso de indicadores e propostas de experimentos e atividades lúdicas envolvendo antocianinas, que podem ser facilmente realizadas na escola ou em casa.
Qual a importância da pesquisa?
Do ponto de vista científico, a relevância desse estudo está no desenvolvimento de métodos eficientes para extração de antocianinas de frutas, o que envolve a otimização de diversas etapas do processo, para que seja alcançado um extrato estável com alta concentração, num solvente adequado para a aplicação desejada. Por exemplo, para obter um extrato de antocianinas que será utilizado como corante de alimentos, não pode ser usado um solvente tóxico para o ser humano, como metanol, ou é necessário removê-lo completamente antes da utilização do extrato, o que nem sempre é simples fazer.
Outro aspecto importante está relacionado com a estabilidade do extrato, afinal é desejável manter, por longo período de tempo, sua composição e sua coloração num produto que contenha antocianinas. Assim, é preciso estudar condições de armazenamento dos extratos que evitem sua decomposição, inclusive pela ação biológica, já que os açúcares presentes em sua estrutura tornam as antocianinas facilmente degradadas por micro-organismos. Diversas ferramentas analíticas são usadas para obter e tratar dados dos experimentos realizados e com isso são desenvolvidas pesquisas em laboratórios com o trabalho de químicos, dentre outros profissionais. Esses estudos despertam o interesse de empresas brasileiras, como a CentroFlora, do Grupo Anidro Extrações do Brasil Ltda, que estabeleceu convênio para cooperação tecnológica com a Unicamp de 2006 a 2009, para desenvolvimento de pesquisas sobre obtenção, purificação e análise de extratos de antocianinas, indicando a relevância da temática.
Para estudos que envolvem as propriedades biológicas das antocianinas, especialistas de outras áreas além da química, como biologia, medicina e engenharia de alimentos também realizam seus trabalhos com ênfase em diferentes aspectos como, por exemplo, ação metabólica, efeitos terapêuticos, uso em alimentos industrializados etc. Os químicos do GPQUAE também estudam detalhes do processo de sua degradação para melhor lidar com as aplicações industriais de uso das antocianinas, além de explorar outras possibilidades de aplicação, como reagentes para medidas de pH e quantificação de cátions metálicos em solos.
Além dessas aplicações com perspectivas industriais e de interesse biológico, do ponto de vista da educação e divulgação científicas, os estudos de antocianinas são muito úteis para realização de experimentos simples e estimulantes que favorecem o ensino e a aprendizagem de diversos conceitos químicos relevantes, envolvendo transformações químicas, ácidos, bases, pH, equilíbrio químico, dentre outros. Na lista de sugestão de leitura há exemplos interessantes que podem ser realizados na escola em atividades didáticas e interativas ou como entretenimento lúdico em casa, como o ShimaQ, que é um jogo de cartelas impregnadas com extrato de antocianinas e canetas carregadas com soluções de diferentes pHs.
Outro aspecto importante está relacionado com a estabilidade do extrato, afinal é desejável manter, por longo período de tempo, sua composição e sua coloração num produto que contenha antocianinas. Assim, é preciso estudar condições de armazenamento dos extratos que evitem sua decomposição, inclusive pela ação biológica, já que os açúcares presentes em sua estrutura tornam as antocianinas facilmente degradadas por micro-organismos. Diversas ferramentas analíticas são usadas para obter e tratar dados dos experimentos realizados e com isso são desenvolvidas pesquisas em laboratórios com o trabalho de químicos, dentre outros profissionais. Esses estudos despertam o interesse de empresas brasileiras, como a CentroFlora, do Grupo Anidro Extrações do Brasil Ltda, que estabeleceu convênio para cooperação tecnológica com a Unicamp de 2006 a 2009, para desenvolvimento de pesquisas sobre obtenção, purificação e análise de extratos de antocianinas, indicando a relevância da temática.
Para estudos que envolvem as propriedades biológicas das antocianinas, especialistas de outras áreas além da química, como biologia, medicina e engenharia de alimentos também realizam seus trabalhos com ênfase em diferentes aspectos como, por exemplo, ação metabólica, efeitos terapêuticos, uso em alimentos industrializados etc. Os químicos do GPQUAE também estudam detalhes do processo de sua degradação para melhor lidar com as aplicações industriais de uso das antocianinas, além de explorar outras possibilidades de aplicação, como reagentes para medidas de pH e quantificação de cátions metálicos em solos.
Além dessas aplicações com perspectivas industriais e de interesse biológico, do ponto de vista da educação e divulgação científicas, os estudos de antocianinas são muito úteis para realização de experimentos simples e estimulantes que favorecem o ensino e a aprendizagem de diversos conceitos químicos relevantes, envolvendo transformações químicas, ácidos, bases, pH, equilíbrio químico, dentre outros. Na lista de sugestão de leitura há exemplos interessantes que podem ser realizados na escola em atividades didáticas e interativas ou como entretenimento lúdico em casa, como o ShimaQ, que é um jogo de cartelas impregnadas com extrato de antocianinas e canetas carregadas com soluções de diferentes pHs.
Área do Conhecimento
Ciências Exatas e da Terra
Palavras-chave – Entre 3 a 5 palavras
Português
corantes
Português
jabuticaba
Português
plantas corantes
Português
métodos de ensino
ODS
ODS 4: Educação de Qualidade
ODS 9: Indústria, Inovação e Infraestrutura
Material Complementar
ROSSI, A. V.; SALOMÃO, A. A.; ALVES, A. S. A.; SHIMAMOTO, G. G.; FAVARO, M. M. A.; COELHO, T. B. Iniciação Científica Júnior: experimentação e pesquisa integrando o ensino médio e a universidade. Anais do XIV ENEQ: Encontro Nacional de Ensino de Química, Universidade de Brasília, 383-1, CDROM ISSN 2179-5355 (2010). Disponível em: http://www.xveneq2010.unb.br/resumos/R0383-1.pdf
SALOMÃO, A. A.; ROSSI, A. V.; ALVES, A. S.; SHIMAMOTO, G. G., FAVARO, M. M. A.; COELHO,T. B. Jogo pedagógico que explora a propriedade indicadora de pH de extratos de antocianinas de espécies brasileiras. A Química Perto de Você: experimentos de baixo custo para a sala de aula do Ensino Fundamental e Médio. São Paulo, org. Sociedade Brasileira de Química, 2010. Disponível em: http://quimica2011.org.br/arquivos/Experimentos_AIQ_jan2011.pdf . Acesso em: 14 out. 2011.
SHIMAMOTO, G. G., ROSSI, A. V. Antocianinas e gelo seco para visualizar equilíbrios ácido/base numa abordagem contextualizada. Educació Química, Barcelona, v.7, 2010, p.31-36.
TERCI, D. B. L.; ROSSI, A. V. Indicadores naturais de pH: usar papel ou solução?; Química Nova, São Paulo, v.25, p.684-688, 2002.
Data da publicação do texto de divulgação
October 14, 2011