Sistema agrivoltaico sustentável para produção de hortelã pimenta e extração etanólica de metabólitos bioativos

Abstract

Resumo: A hortelã-pimenta (Mentha x piperita L.) é uma planta aromática amplamente utilizada na indústria de alimentos devido à presença de metabólitos secundários bioativos com propriedades antioxidantes e antimicrobianas. Este estudo avaliou a extração etanólica para conservação de alimentos, além de investigar o cultivo sustentável de hortelã-pimenta e as condições ambientais na produção de metabólitos bioativos. A caracterização dos extratos incluiu análises de compostos fenólicos totais (CFT), flavonoides totais (FT) e atividade antioxidante (DPPH), validadas por análise estatística (p<0,05). Os extratos foram testados quanto à sua capacidade de preservação de morangos in natura, avaliando-se parâmetros físico-químicos ao longo de 12 dias de armazenamento. O estudo demonstrou que os extratos hidroalcoólicos, após a liofilização e contendo até 5,0% de ácido rosmarínico, apresentaram potencial antioxidante significativo e baixa toxicidade celular. A produção sustentável de 125 vasos de hortelã-pimenta foi realizada em seguida, considerando diferentes condições ambientais, incluindo sistema protegido em estufa convencional e em sistema agrivoltaico, além de cultivo controlado por iluminação LED em três espectros de luz distintos (azul, vermelho e branco frio). Após 31 dias, cerca de seis folhas da copa da planta foram colhidas e analisadas por RMN HR-MAS de 1H na forma semissólida e os restantes das folhas foram analisadas por FT Orbitrap MS após secagem e sonicação do particulado. Os sinais processados de RMN HR-MAS 1H foram Log transformados em escalonamento por Pareto e os padrões analisados por diversas metodologias matemática-estatísticas, incluindo univariância ANOVA (dH) e multivariada PCA (dH) e ICA (dH). Em KODAMA PLS-DA (m/z; dH) os resultados de FT Orbitrap MS foram comparados aos de RMN HR-MAS de 1H, por transformação z score e escalonamento por Pareto. A produção agrivoltaica associada ao cultivo sob LEDs mostrou-se viável, com incremento de até 18% no rendimento de desidratação em comparação ao método convencional. Além disso, a interação biofotônica influenciou a composição metabólica dos extratos, destacando a presença de compostos como ácido p-cumárico, carvona e eucaliptol, dependendo das condições de cultivo. Os resultados indicam que a integração do sistema agrivoltaico com a extração verde pode ser uma abordagem sustentável para a obtenção de compostos bioativos, contribuindo para a segurança alimentar e a redução do desperdício de alimentos. O estudo está alinhado aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), promovendo o uso eficiente de energia renovável e de recursos naturais na agroindústria

Abstract: Peppermint (Mentha x piperita L.) is an aromatic plant widely used in the food industry due to the presence of bioactive secondary metabolites with antioxidant and antimicrobial properties. This study evaluated the ethanolic extraction for food preservation, as well as investigating the sustainable cultivation of peppermint and the environmental conditions affecting the production of bioactive metabolites. The characterization of the extracts included analyses of total phenolic compounds (TPC), total flavonoids content (TFC) and antioxidant activity (DPPH), validated by statistical analysis (p<0.05). The extracts were tested for their ability to preserve fresh strawberries by evaluating physicochemical parameters over 12 days of storage. The study demonstrated that the hydroalcoholic extracts, after lyophilization and containing up to 5.0% rosmarinic acid, exhibited significant antioxidant potential and low cellular toxicity. Sustainable peppermint production was then carried out, considering different environmental conditions, including a protected system in a conventional greenhouse and in an agrivoltaic system, as well as cultivation controlled by LED lighting in three different light spectra (blue, red and cool white). After 31 days, about six leaves from the top of the plant were harvested and analyzed by 1H HR-MAS NMR in semisolid form and the rest of the leaves were analyzed by FT Orbitrap MS after drying and sonication of the particulate. The processed 1H HR-MAS NMR signals were Log transformed in Pareto scaling and the patterns analyzed by various mathematical statistical methodologies, including univariate ANOVA (dH) and multivariate PCA (dH) and ICA (dH). In KODAMA PLS-DA (m/z; dH) the FT Orbitrap MS results were compared to the 1H HR-MAS NMR results by z-score transformation and Pareto scaling. Agrivoltaic production associated with cultivation under LEDs proved to be viable, with an increase of up to 18% in dehydration yield compared to the conventional method. In addition, the biophotonic interaction influenced the metabolic composition of the extracts, highlighting the presence of compounds such as p-cumaric acid, carvone and eucalyptol, depending on the cultivation conditions. The results indicate that integrating the agrivoltaic system with green extraction could be a sustainable approach to obtaining bioactive compounds, contributing to food safety and reducing food waste. The study is in line with the Sustainable Development Goals (SDGs), promoting the efficient use of renewable energy and natural resources in agribusiness