Chemical characterization and biological evaluation of Sambucus nigra L. berries and flowers in view of their valorization

Abstract

Atualmente, há um crescente interesse na exploração de recursos naturais como fontes de compostos bioativos com potenciais efeitos benéficos para a saúde. A flor e a baga de sabugueiro (Sambucus nigra L.) têm sido amplamente usadas na alimentação e na medicina tradicional e mais recentemente no desenvolvimento de nutracêuticos, ilustrando o potencial e interesse em investigar esta espécie. Diversos compostos bioativos são reportados nesta planta, nomeadamente compostos terpénicos voláteis, triterpénicos, esteróis e compostos fenólicos. Nesta perspetiva, o conhecimento da composição química da baga e flor de S. nigra L., os fatores que a afetam (cultivar, grau de maturação, ano de colheita, condições pós- colheita, entre outros) e potenciais efeitos biológicos é extremamente importante para incrementar o seu valor e aplicabilidade. Assim, o objetivo principal desta tese foi a caracterização química da flor e baga de S. nigra L. e a avaliação de efeitos biológicos de extratos de baga, com vista à sua valorização. Inicialmente foi estudado o perfil de compostos com potencial impacto no aroma da flor fresca, nomeadamente, os compostos terpénicos voláteis e os norisoprenóides. Sendo as flores uma matriz sazonal e perecível, foi ainda avaliado o impacto de diferentes condições pós-colheita, nomeadamente condições de manuseamento e armazenamento (congelamento, liofilização, secagem ao ar e embalamento a vácuo). As bagas foram estudadas ao nível de: i) perfil volátil (compostos terpénicos e norisoprenóides); ii) fração lipofílica (extratáveis em diclorometano); e iii) fração polar (extratáveis em metanol acidificado). Foi, também avaliado o impacto de alguns parâmetros de pré- colheita, nomeadamente, a cultivar, o estado de maturação e o ano de colheita. Na fase final, foi realizado um ensaio in vivo, com ratos Wistar diabéticos tipo-2, cuja dieta rica em lípidos foi suplementada, durante 4 semanas, com o extrato polar e lipofílico de bagas. A realização prévia de ensaios de toxicidade, permitiu definir as doses a usar para cada tipo de extrato: 190 e 350 mg/kg de peso corporal, para os extratos lipofílico e polar, respetivamente. De um total 47 compostos monoterpénicos, 13 sesquiterpenos e 5 norisoprenóides detetados na flor, 38 compostos são reportados pela primeira vez nesta espécie. Para tempos de armazenamento intermédios (24-32 semanas), o embalamento a vácuo e o congelamento mostraram ser os mais adequados para preservar o teor total destes compostos. No entanto, para períodos mais longos (52 semanas), o congelamento revelou ser o tratamento mais adequado. Dado que os óxidos de linalol, ao longo do tempo de armazenamento, apresentaram uma tendência de variação similar ao teor total de metabolitos em estudo, estes podem ser futuramente usados como marcadores para estimar o impacto dos tratamentos de pós-colheita. A caracterização química da baga de sabugueiro permitiu identificar 103 compostos pertencentes às frações volátil, lipofílica e polar, de entre os quais, 59 são reportados pela primeira vez na baga de S. nigra L. Os monoterpenos representaram entre 66% e 77% dos compostos identificados na fração volátil, sendo o limoneno e o p-cimeno os compostos maioritários desta fração. Os compostos triterpénicos foram a família química mais abundante da fração lipofílica, representando até 94% do total de componentes lipofílicos identificados. O ácido ursólico, seguido do ácido oleanólico e da β-amirina são os compostos maioritários desta fração. Por último, as antocianinas foram os principais compostos fenólicos presentes na fração polar, com a cianidina 3- glucósideo e cianidina 3-sambubiósideo a representarem até 73% dos compostos fenólicos identificados. Ao longo da maturação, verificou-se um comportamento similar entre as famílias químicas presentes na fração lipofílica e para as três cultivares estudadas ‘Sabugueiro’, ‘Sabugueira’ e ‘Bastardeira’: observou-se um aumento inicial do conteúdo de cada família entre o primeiro e segundo grau de maturação, seguido de uma diminuição sistemática até ao estado maduro. As cultivares 'Sabugueira' e 'Bastardeira' maduras apresentaram teores mais elevados de compostos lipofílicos e particularmente de ácidos triterpénicos (p<0,05), para os dois anos de amostragem. Verificou-se ainda que os estados não maduros apresentaram um teor global superior da fração volátil, que diminuiu gradualmente ao longo do amadurecimento, sendo este comportamento consistente para as três cultivares em estudo. O estado de amadurecimento foi o parâmetro que teve maior impacto nos compostos voláteis terpénicos e norisoprenóides, seguido do parâmetro cultivar. A suplementação da dieta de ratos Wistar diabéticos com o extrato polar corrigiu a hiperglicemia ao reduzir os níveis glicémicos em jejum, enquanto que a suplementação com o extrato lipofílico reduziu a secreção de insulina. Além disso, ambos os extratos reduziram a resistência à insulina, sem alterações significativas nos índices hematológicos, nos níveis séricos lipídicos e na homeostase sérica e tissular de microelementos. Em conclusão, com este trabalho de doutoramento foram reportados pela primeira vez vários compostos na baga e flor de S. nigra L., cujo perfil foi modulado por parâmetros de pré- e pós-colheita. O efeito anti-diabético promovido pela suplementação com extratos de baga de sabugueiro, revelou o seu potencial impacto no controlo, através da dieta, de uma patologia que atualmente afeta milhões de pessoas em todo o mundo.

Atualmente, há um crescente interesse na exploração de recursos naturais como fontes de compostos bioativos com potenciais efeitos benéficos para a saúde. A flor e a baga de sabugueiro (Sambucus nigra L.) têm sido amplamente usadas na alimentação e na medicina tradicional e mais recentemente no desenvolvimento de nutracêuticos, ilustrando o potencial e interesse em investigar esta espécie. Diversos compostos bioativos são reportados nesta planta, nomeadamente compostos terpénicos voláteis, triterpénicos, esteróis e compostos fenólicos. Nesta perspetiva, o conhecimento da composição química da baga e flor de S. nigra L., os fatores que a afetam (cultivar, grau de maturação, ano de colheita, condições pós- colheita, entre outros) e potenciais efeitos biológicos é extremamente importante para incrementar o seu valor e aplicabilidade. Assim, o objetivo principal desta tese foi a caracterização química da flor e baga de S. nigra L. e a avaliação de efeitos biológicos de extratos de baga, com vista à sua valorização. Inicialmente foi estudado o perfil de compostos com potencial impacto no aroma da flor fresca, nomeadamente, os compostos terpénicos voláteis e os norisoprenóides. Sendo as flores uma matriz sazonal e perecível, foi ainda avaliado o impacto de diferentes condições pós-colheita, nomeadamente condições de manuseamento e armazenamento (congelamento, liofilização, secagem ao ar e embalamento a vácuo). As bagas foram estudadas ao nível de: i) perfil volátil (compostos terpénicos e norisoprenóides); ii) fração lipofílica (extratáveis em diclorometano); e iii) fração polar (extratáveis em metanol acidificado). Foi, também avaliado o impacto de alguns parâmetros de pré- colheita, nomeadamente, a cultivar, o estado de maturação e o ano de colheita. Na fase final, foi realizado um ensaio in vivo, com ratos Wistar diabéticos tipo-2, cuja dieta rica em lípidos foi suplementada, durante 4 semanas, com o extrato polar e lipofílico de bagas. A realização prévia de ensaios de toxicidade, permitiu definir as doses a usar para cada tipo de extrato: 190 e 350 mg/kg de peso corporal, para os extratos lipofílico e polar, respetivamente. De um total 47 compostos monoterpénicos, 13 sesquiterpenos e 5 norisoprenóides detetados na flor, 38 compostos são reportados pela primeira vez nesta espécie. Para tempos de armazenamento intermédios (24-32 semanas), o embalamento a vácuo e o congelamento mostraram ser os mais adequados para preservar o teor total destes compostos. No entanto, para períodos mais longos (52 semanas), o congelamento revelou ser o tratamento mais adequado. Dado que os óxidos de linalol, ao longo do tempo de armazenamento, apresentaram uma tendência de variação similar ao teor total de metabolitos em estudo, estes podem ser futuramente usados como marcadores para estimar o impacto dos tratamentos de pós-colheita. A caracterização química da baga de sabugueiro permitiu identificar 103 compostos pertencentes às frações volátil, lipofílica e polar, de entre os quais, 59 são reportados pela primeira vez na baga de S. nigra L. Os monoterpenos representaram entre 66% e 77% dos compostos identificados na fração volátil, sendo o limoneno e o p-cimeno os compostos maioritários desta fração. Os compostos triterpénicos foram a família química mais abundante da fração lipofílica, representando até 94% do total de componentes lipofílicos identificados. O ácido ursólico, seguido do ácido oleanólico e da β-amirina são os compostos maioritários desta fração. Por último, as antocianinas foram os principais compostos fenólicos presentes na fração polar, com a cianidina 3- glucósideo e cianidina 3-sambubiósideo a representarem até 73% dos compostos fenólicos identificados. Ao longo da maturação, verificou-se um comportamento similar entre as famílias químicas presentes na fração lipofílica e para as três cultivares estudadas ‘Sabugueiro’, ‘Sabugueira’ e ‘Bastardeira’: observou-se um aumento inicial do conteúdo de cada família entre o primeiro e segundo grau de maturação, seguido de uma diminuição sistemática até ao estado maduro. As cultivares 'Sabugueira' e 'Bastardeira' maduras apresentaram teores mais elevados de compostos lipofílicos e particularmente de ácidos triterpénicos (p<0,05), para os dois anos de amostragem. Verificou-se ainda que os estados não maduros apresentaram um teor global superior da fração volátil, que diminuiu gradualmente ao longo do amadurecimento, sendo este comportamento consistente para as três cultivares em estudo. O estado de amadurecimento foi o parâmetro que teve maior impacto nos compostos voláteis terpénicos e norisoprenóides, seguido do parâmetro cultivar. A suplementação da dieta de ratos Wistar diabéticos com o extrato polar corrigiu a hiperglicemia ao reduzir os níveis glicémicos em jejum, enquanto que a suplementação com o extrato lipofílico reduziu a secreção de insulina. Além disso, ambos os extratos reduziram a resistência à insulina, sem alterações significativas nos índices hematológicos, nos níveis séricos lipídicos e na homeostase sérica e tissular de microelementos. Em conclusão, com este trabalho de doutoramento foram reportados pela primeira vez vários compostos na baga e flor de S. nigra L., cujo perfil foi modulado por parâmetros de pré- e pós-colheita. O efeito anti-diabético promovido pela suplementação com extratos de baga de sabugueiro, revelou o seu potencial impacto no controlo, através da dieta, de uma patologia que atualmente afeta milhões de pessoas em todo o mundo.