Extração de compostos bioativos de hibisco (Hibiscus sabdariffa) assistida por ultrassom: otimização, estabilidade e atividade antioxidante

Abstract

A extração assistida por ultrassom (EAU) representa uma alternativa eficiente e sustentável para a recuperação de compostos bioativos a partir de matrizes vegetais. O presente trabalho teve como objetivo otimizar as condições de extração de compostos fenólicos totais (CFT), flavonoides totais (FT) e antocianinas totais (AT) dos cálices desidratados de Hibiscus sabdariffa, utilizando um delineamento fatorial Box-Behnken com três variáveis independentes: concentração de etanol (X₁: 25, 50 e 75%), temperatura (X₂: 30, 45 e 60 °C) e tempo de ultrassom (X₃: 5, 10 e 15 min). Antes do planejamento, avaliou-se o efeito preliminar do ultrassom na extração de antocianinas em diferentes tempos de sonicação (0, 5, 10 e 15 min), e a estrutura dos cálices, antes e após o tratamento, foi analisada por microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo (MEV-FEG). Os modelos ajustados apresentaram coeficientes de determinação de 0,8247, 0,7897 e 0,9270 para CFT, FT e AT, respectivamente. A concentração de etanol (X₁) foi a variável de maior impacto sobre as três respostas, com o maior t-valor absoluto registrado para AT (t = −25,195; p < 0,001). A otimização por função de desejabilidade global resultou em desejabilidade de 0,7455, com condições ótimas de 44,17% de álcool, 60 °C e 13,83 min de ultrassom, produzindo o extrato global (HG) com valores preditos de 20,07 mg EAG/g cd para CFT, 3,96 mg EAG/mL para FT e 4,30 mg ECG/mL para AT. A atividade antioxidante foi avaliada pelos métodos DPPH, ABTS e FRAP, com destaque para o extrato otimizado de flavonoides (HF), que apresentou o maior valor de FRAP (4386,78 ± 120,48 µM). A estabilidade das antocianinas do extrato HG foi avaliada em diferentes condições de pH, luz e temperatura. A maior atividade antioxidante foi observada em pH ácido (1259,43 µM em pH 4), com redução acentuada em condições alcalinas (333,29 µM em pH 13). A exposição à luz acelerou a degradação do cátion flavílio, com meia-vida de 69 h sob luz frente a 157 h no escuro. O aumento da temperatura reduziu progressivamente a retenção de cor, com valores de 82, 74 e 71% após 8 h a 60, 80 e 100 °C, respectivamente. Os resultados demonstram que a EAU otimizada pelo delineamento Box-Behnken é uma estratégia eficiente para a obtenção de extratos de H. sabdariffa com elevado conteúdo de compostos bioativos e potencial de aplicação como ingrediente funcional na indústria de alimentos.Ultrasound-assisted extraction (UAE) represents an efficient and sustainable alternative for recovering bioactive compounds from plant matrices. This study aimed to optimize the extraction conditions for total phenolic compounds (TPC), total flavonoids (TF), and total anthocyanins (TA) from dehydrated Hibiscus sabdariffa calyces using a Box-Behnken factorial design with three independent variables: ethanol concentration (X₁: 25, 50, and 75%), temperature (X₂: 30, 45, and 60 °C), and ultrasound time (X₃: 5, 10, and 15 min). Before the experimental design, the preliminary effect of ultrasound on anthocyanin extraction was assessed at different sonication times (0, 5, 10, and 15 min), and the structure of the calyces before and after treatment was analyzed by field emission scanning electron microscopy (FESEM). The fitted models showed coefficients of determination of 0.8247, 0.7897, and 0.9270 for TPC, TF, and TA, respectively. Ethanol concentration (X₁) was the most influential variable across all three responses, with the highest absolute t-value recorded for TA (t = −25.195; p < 0.001). Global desirability optimization yielded a desirability of 0.7455, with optimal conditions of 44.17% ethanol, 60 °C, and 13.83 min of ultrasound, producing the global optimized extract (HG) with predicted values of 20.07 mg GAE/g dw for TPC, 3.96 mg QE/mL for TF, and 4.30 mg CGE/mL for TA. Antioxidant activity was assessed by DPPH, ABTS, and FRAP methods, with the flavonoid-optimized extract (HF) showing the highest FRAP value (4386.78 ± 120.48 µM). Anthocyanin stability in extract HG was evaluated under different pH, light, and temperature conditions. The highest antioxidant activity was observed under acidic conditions (1259.43 µM at pH 4), with a marked reduction under alkaline conditions (333.29 µM at pH 13). Light exposure accelerated flavylium cation degradation, with a half-life of 69 h under light versus 157 h in the dark. Increasing temperature progressively reduced color retention, reaching values of 82, 74, and 71% after 8 h at 60, 80, and 100 °C, respectively. The results demonstrate that the UAE optimized by Box-Behnken design is an efficient strategy for obtaining H. sabdariffa extracts with high bioactive compound content and potential application as a functional ingredient in the food industry.