Resumo: Neste trabalho foi avaliada a capacidade antioxidante de carotenoides em sistema homogêneo e em lipossomas, de carotenoides microencapsulados e de extratos de maná-cubiu (Solanum sessiflorum) frente às espécies reativas de oxigênio (ROS) e espécies reativas de nitrogênio (RNS) de importância biológica. Devido à insolubilidade de carotenoides em solução tampão, utilizada como meio de reação no conhecido método oxygen radical absorbance capacity (ORAC), foi desenvolvido também um novo método para determinar a capacidade de carotenoides de desativarem o radical peroxila (ROO). Em geral, as microcápsulas de goma arábica e de maltodextrina (20 DE) contendo compostos antioxidantes (trolox, -tocoferol, ß-caroteno, apo-8¿-carotenal e apo-12¿-carotenal) foram capazes de desativar as ROS e RNS, sendo a eficiência de desativação influenciada pelo material de parede, pela espécie reativa (ROO, peróxido de hidrogênio (H2O2), radical hidroxila (HO), ácido hipocloroso (HOCl) e ânion peroxinitrito (ONOO-) e pela estrutura do composto antioxidante. Interessantemente, as microcápsulas vazias também foram capazes de desativar as ROS e RNS, sendo as de goma arábica mais eficazes que as de maltodextrina. A incorporação de apo-8¿-carotenal promoveu o maior aumento na capacidade das microcápsulas de desativarem ROS e RNS, variando de 50% a 132% e de 39% a 85% para goma arábica e maltodextrina, respectivamente. Este fato sugere que o apo-8¿-carotenal apresenta o melhor balanço entre a sua localização no interior das microcápsulas e a reatividade frente às espécies reativas. A localização também foi um fator importante na eficiência dos carotenoides desativarem ROS e RNS em lipossomas. Neste sistema, os carotenoides com grupos hidroxila foram geralmente mais potentes na desativação do ROO, HO e HOCl que carotenos, com destaque para a astaxantina, enquanto o ß-caroteno foi mais eficiente na desativação do ONOO-. Para o estudo dos carotenoides em sistema homogêneo foi desenvolvido e validado com sucesso um novo método para avaliação da capacidade de carotenoides de desativarem o ROO, o qual é baseado na perda de fluorescência da sonda ácido 4,4-difluoro-5-(4-fenil-1,3-butadienil)-4-bora-3a,4a-diazo-s-indaceno-3-undecanoico (C11-BODIPY581/591) devido à oxidação pelo ROO, que é gerado pela termodecomposição do azobisisobutironitrila (AIBN). A aplicação deste novo método permitiu o estudo da relação entre a estrutura química de diferentes carotenoides e a capacidade de desativar o ROO. Foi demonstrado que neste sistema os carotenoides são potentes desativadores desta espécie reativa, sendo a eficiência influenciada principalmente pela abertura do anel -ionona e pela extensão do cromóforo. O licopeno foi o mais potente desativador de ROO (8,67 0,74), porém não tão eficiente quanto os carotenoides do maná-cubiu (9,80 0,80). Os compostos bioativos de maná-cubiu foram determinados por cromatografia líquida de alta eficiência acoplada aos detectores de arranjo de diodos e espectrômetro de massas (HPLC-DAD-MS/MS). Esta fruta apresentou -caroteno (7,15 g/g) e luteína (2,41 g/g) como carotenoides majoritários. Por fim, o extrato fenólico de maná-cubiu, contendo o ácido 5-cafeoilquínico (1298 g/g) como composto fenólico principal, apresentou grande eficiência em desativar o H2O2 (IC50 = 305 17 g/mL) e o HOCl (IC50 = 13 0,8 g/mL). Os resultados do presente estudo mostram que os carotenoides foram capazes de desativar todas as ROS e RNS de relevância biológica avaliadas neste trabalho, sendo a eficiência de desativação influenciada pela concentração e estrutura química do carotenoide, pelo nível de organização do sistema (homogêneo ou multifásico) e pelo tipo de espécie reativa Ver menos

Abstract: In the present study, the antioxidant capacity of carotenoids in homogeneous system and in liposomes, of microencapsulated carotenoids and of extracts from mana-cubiu (Solanum sessiflorum) were evaluated against reactive oxygen (ROS) and reactive nitrogen (RNS) species of biological relevance. Due to the insolubility of carotenoids in aqueous buffers, which is used as reaction medium in the well known oxygen radical absorbance capacity method (ORAC), a novel method was also developed to determine the peroxyl radicals (ROO) scavenging capacity of carotenoids. In general, the gum arabic and maltodextrin (20 DE) microcapsules containing antioxidant compounds (trolox, -tocopherol, ß-carotene, apo-8¿-carotenal and apo-12¿-carotenal) were capable to scavenge ROS and RNS. The scavenging efficiency of the microcapsules was influenced by the wall material, the reactive species (ROO, hydrogen peroxide (H2O2), hydroxyl radical (HO), hypochlorous acid (HOCl) and peroxynitrite anion (ONOO-) and the structure of the antioxidant compound. Interestingly, the empty microcapsules were also able to scavenge the ROS and RNS, being the gum arabic microcapsules more efficient than the maltodextrin ones. The incorporation of apo-8¿-carotenal resulted in the largest increase in the microcapsules scavenging capacity, varying from 50% to 132% and from 39% to 85% in the gum Arabic and maltodextrin microcapsules, respectively. These findings suggest that the apo-8¿-carotenal presented the best balance between its location in the microcapsules interior and the reactivity against the reactive species. The location was also an important factor influencing the efficiency of carotenoids to scavenge ROS and RNS in liposomes. In this system, the carotenoids with hydroxyl groups were usually more potent ROO, HO and HOCl scavengers than the carotenes, especially astaxanthin, whilst ß-carotene was the most efficient ONOO- scavenger. To study the carotenoids in homogeneous system, a new ROO scavenging assay, based on the loss of fluorescence of the probe 4,4-difluoro-5-(4-phenyl-1,3-butadienyl)-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene-3-undecanoic acid (C11-BODIPY581/591) due to its oxidation induced by ROO generated by the thermo decomposition of azobisisobutyronitrile (AIBN), was successfully developed and validated. This new method allowed the establishment of the relationship between the structure of different carotenoids and their ROO scavenging capacity. In this system, carotenoids showed to be potent scavengers of this reactive species, and their scavenging capacity was influenced mainly by the opening of the -ionone ring and by the chromophore extension. Lycopene was the most potent ROO scavenger (8.67 0.74); however, it was not so efficient as the carotenoids from mana-cubiu (9.80 0.80). The bioactive compounds of mana-cubiu were determined by high performance liquid chromatography coupled to diode array and mass spectrometry detectors (HPLC-DAD-MS/MS). The major carotenoids of this fruit were -carotene (7.15 g/g) and lutein (2.41 g/g). Finally, the main phenolic compound found in the phenolic extract from mana-cubiu was 5-caffeoylquinic acid (1298 g/g), which showed to be a good H2O2 (IC50 = 305 17 g/mL) and HOCl (IC50 = 13 0.8 g/mL) scavenger. The results of this thesis showed that the carotenoids are able to scavenge all the evaluated ROS and RNS of biological relevance and that their efficiency depends on the carotenoid structure and concentration, level of organization of the reaction medium (homogeneous or multiphase) and type of reactive species Ver menos