Aplicação de metodologia por Nir para determinação de Metilxantinas presentes na erva-mate (Ilex Paraguariensis)

Abstract

Resumo: A erva-mate é uma espécie nativa de florestas subtropicais e cresce naturalmente no Brasil, Paraguai e Argentina. É amplamente conhecida e utilizada pelos habitantes desses países, onde apresenta importância socioeconômica considerável, sendo consumida como "chimarrão" ou "tererê". O consumo da erva-mate tem aumentado devido aos benefícios à saúde, atribuída à presença de compostos fitoquímicos, principalmente metilxantinas, polifenóis e saponinas. As metilxantinas apresentam propriedades farmacológicas como a estimulação do sistema nervoso central, vasoconstricção periférica, relaxamento do músculo liso e estimulação do miocárdio. A cafeína é amplamente utilizada na indústria farmacêutica e cosmética ou como um ingrediente em alimentos funcionais. A cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) é a metodologia comumente utilizada na determinação de metilxantinas em erva-mate, sendo uma técnica onerosa e destrutiva. O uso de espectroscopia no infravermelho próximo (NIR) é um método não destrutivo simples e rápido de análise, o que facilita a execução das operações de controle de qualidade. Esta técnica permite a análise online para a tomada de decisões durante o processamento e pode ser um instrumento eficaz para a quantificação de metilxantinas. Neste trabalho, o objetivo foi avaliar o uso de espectroscopia na região do infravermelho próximo, combinado com as técnicas de calibração multivariada para a predição do teor de cafeína, teobromina em erva-mate. Um total de 25 amostras passaram por um processo de extração ácida das metilxantinas seguida por decocção, sendo então analisadas por CLAE para a quantificação de cafeína e teobromina presentes nas amostras. Os espectros na região NIR foram coletados das amostras sólidas e submetidos a um PCA, para determinar os conjuntos de calibração e validação. Vários modelos de calibração multivariada foram desenvolvidos através de PLS, sendo avaliados através dos valores de RMSECV e R2. Os modelos de calibração para cafeína e teobromina não apresentaram boa correlação com valores de erro absoluto durante a validação cruzada de 31% e 48,71%, respectivamente. Devido a semelhança estrutural da cafeína e teobromina foram desenvolvidos modelos para soma destas expressas como metilxantinas totais. O melhor modelo desenvolvido utilizou como pré-processamentos o alisamento, segunda derivada e MSC, a partir de 4 VL. Apresentando valores de R2 e RMSECV de 0,924 e 0,2, respectivamente, com boa capacidade preditiva durante a validação externa com erro percentual de 7,5%, a análise por NIR pode ser aplicada para predição de teores de metilxantinas totais em erva-mate.

Abstract: The yerba mate is an arboreal species that naturally grows in the subtropical forest regions of Brazil, Paraguay and Argentina. It is widely known and used by the in habitants of these countries, where it has considerable socioeconomic importance and consumed in the form of "chimarrão" or "tererê". The consumption of yerba mate has increased due to its health benefits, attributed to the presence of phytochemical compounds, mainly methylxanthines, polyphenols and saponins. The Methylxanthines have several pharmacological properties which comprise stimulation of the central nervous system, peripheral vasoconstriction, relaxation of the smooth muscle and myocardial stimulation. Caffeine is widely used in the pharmaceutical and cosmetic industry or as an ingredient in functional food. High performance liquid chromatography (HPLC) is the methodology commonly used in the determination of methylxanthines in mate, being a costly and destructive technique. The use of near infrared spectroscopy (NIR) is a nondestructive, simple and fast method of analysis, a fact that facilitates the implementation of quality control operations. This technique enables online analysis for decision during the processing which can be an effective instrument for quantification of methylxanthines. In this work the object was to evaluate the use of spectroscopy in the near infrared region, combined with multivariate calibration technique for prediction of caffeine, theobromine and total methylxanthines. For this 25 samples of yerba mate were extracted with acid decoction, and subsequently analyzed by HPLC for quantification of caffeine and theobromine. NIR spectra were acquired for solid samples and submitted to a PCA, to determine the calibration and validation sets. PLS models were developed after the spectral data pre-processed, being evaluated by the values of RMSECV and R2. The calibration models for caffeine and theobromine didn’t correlate well as the values of absolute error for cross validation were 31% and 48,71%, respectively. Due to the similarity in structure and absorbance characteristics the sum of caffeine and theobromine expressed as total methyxanthines were evaluated for data models. The best model developed has used spectral pre-processed smoothing, second derivative and MSC from 4LV. Showing values of R2 and RMSECV of 0,924 and 0,2, respectively, good predictive ability for external validation with an error of 7,5%, the NIR analysis can be applied for the prediction of the total methyxanthines yerba mate contents.