Equisetum giganteum l. : parâmentros de controle de qualidade, análise química e desenvolvimento de extrato seco por spray drying

Abstract

As partes aéreas de Equisetum giganteum L. (Equisetaceae), espécie nativa da América do Sul, denominada cavalinha e rabo-de-cavalo, são utilizadas popularmente sob a forma de infuso ou decocto no tratamento de afecções urinárias e hepáticas e principalmente como diurética, hemostática, adstringente, remineralizante e emagrecedora. Entretanto, poucos estudos científicos foram realizados envolvendo esta espécie. Quanto às propriedades biológicas de seus extratos, têm sido relatadas atividades diurética e antimicrobiana, e ausência de efeitos tóxicos agudos em camundongos, quando administrados por via oral. Considerando a ampla disponibilidade de E. giganteum no mercado brasileiro e o seu potencial terapêutico, torna-se necessária a definição de parâmetros de controle de qualidade para a matéria-prima vegetal, bem como o desenvolvimento de produtos padronizados. Assim, este trabalho objetivou avaliar parâmetros de controle de qualidade e estabelecer critérios químicos que permitam diferenciar E. giganteum de outras espécies do gênero e, a partir de uma solução extrativa aquosa, desenvolver extrato seco por spray drying e caracterizá-lo. Para isso, partes aéreas de E. giganteum e outras espécies disponíveis foram utilizadas. Análises comparativas destas amostras foram realizadas por CCD, CLAE e teor de flavonóides totais. Para E. giganteum, o teor de cinzas, os constituintes fenólicos e flavonóides totais foram determinados por método espectrofotométrico no UV/VIS. Análise por CCD foi realizada em placas de gel de sílica; fase móvel acetato de etila:ácido fórmico:ácido acético glacial:água (100:11:11:26); e detecção com reagente Natural / UV a 365 nm. Análises por CLAE dos extratos metanólicos foram realizadas empregando coluna de fase-reversa (C18) e detector de arranjo de diodos. O material vegetal foi também submetido à hidrólise ácida, a qual foi otimizada empregando Desenho Composto Central Rotacional e Análise de Superfície de Resposta para investigar os efeitos da concentração de HCl e do tempo de hidrólise. As agliconas correspondentes aos flavonóides heterosídicos foram extraídas e analisadas por método de CLAE previamente validado. O teor de flavonóides totais foi avaliado por ensaio colorimétrico com cloreto de alumínio a 425 nm. Análises por CLAE-DAD e CLAE-EM/EM também foram realizadas na intenção de caracterizar os compostos fenólicos presentes em E. giganteum. Uma solução extrativa aquosa foi obtida por decocção a partir da matéria-prima vegetal e posteriormente seca por spray drying empregando equipamento NIRO® atomizer semi-industrial. O extrato seco obtido foi então caracterizado. Os resultados demonstraram para E. giganteum um teor de cinzas totais e insolúveis em ácido (a 600ºC) respectivamente de 20,07 ± 0,21% e 13,75 ± 0,39%. O teor de fenólicos totais foi de 7,27 ± 0,05 mg equivalente a ácido gálico por grama, e de 0,420 ± 0,014 g% para os flavonóides totais. Na análise por CCD de E. giganteum foi verificada a presença de manchas características de polifenóis, sendo que, na análise por CLAE, alguns constituintes apresentaram espectro de UV característicos de derivados do ácido cinâmico e do canferol. A diferenciação entre E. giganteum e E. arvense, e em menor extensão para E. hyemale e E. bogotense, foi possível através do perfil cromatográfico obtido nas análises por CCD e CLAE. A possível presença de tiamina foi caracterizada por CCD nestas amostras. Nas condições ótimas de hidrólise determinadas para E. giganteum, canferol e, em menor teor, quercetina foram encontradas. A análise comparativa das agliconas dos flavonóides por CLAE e dos flavonóides totais por espectrofotometria revelou similaridades químicas entre E. giganteum, E. hyemale e E. bogotense, mas não para E. arvense, o qual apresentou um perfil de agliconas distinto. A maior parte dos compostos fenólicos puderam ser caracterizados em E. giganteum por meio da análise por CLAE-EM/EM, sendo encontrado principalmente derivados heterosídicos do canferol, mas também outros compostos fenólicos raros. A obtenção de extrato seco por spray drying a partir de solução extrativa aquosa de E. giganteum mostrou-se viável, com alto rendimento do processo (85,6%). O produto foi caracterizado como um pó fino com baixa densidade, baixa fluidez e alta umidade residual, mas baixa atividade de água. Com relação a sua composição química, o extrato seco apresentou alto teor de minerais e açúcares redutores. A presença na droga vegetal e no extrato seco de E. giganteum de alto teor de minerais, corrobora seu uso como remineralizante. Os resultados obtidos neste trabalho representam as primeiras contribuições para o estabelecimento de parâmetros e métodos para a caracterização e o controle de qualidade da droga vegetal de E. giganteum. A viabilidade de produção e a caracterização do extrato seco obtido contribuem para o desenvolvimento de novos produtos farmacêuticos e a avaliação de outras atividades biológicas.

Aerial stems of Equisetum giganteum L. (Equisetaceae, traditional name: ‘‘horsetail’’), a native plant from South America, are used in folk medicine for treating kidney and hepatic illness, due to their diuretic, hemosthatic, adstringent, remineralizant and weight loss properties. However, few scientific studies have been performed regarding this species. Concerning the biological properties, diuretic and antimicrobial activities, as well as no oral acute toxicity in mice have been reported. Considering the large availability of the E. giganteum in the Brazilian market and its therapeutic potential, the definition of the quality control parameters for the raw material, as well as the development of standardized products with well-established biological activities becomes necessary. Thus, the aim of this work was to establish identification methods and to evaluate quality control parameters for the E. giganteum raw material in order to compare this species with others of the genus, as well as to develop and to characterize a spray-dried product from an aqueous E. giganteum extractive solution. Dried aerial stems of E. giganteum and other species available were employed in the comparative analysis by TLC, HPLC and UV/VIS total flavonoid content. The ash content was determined. Total phenolic and flavonoid contents were determined by UV/VIS spectrophotometric method. The TLC analysis was carried out on silica gel plates; mobile phase ethyl acetate:formic acid:glacial acetic acid:water (100:11:11:26); and detection with Natural Product reagent / UV at 365 nm. HPLC analysis of methanol extracts was performed with a C18 column and a diode-array detector. The plant raw material was also submitted to acid hydrolysis which was optimized using Central Composite Rotational Design and Response Surface Analysis for investigate the effects of HCl concentration and hydrolysis time. The corresponding flavonoid aglycones were extracted and analyzed by a previously validated HPLC method. Total flavonoid content was measured also by aluminium chloride colorimetric assay at 425 nm. In attempt to characterize phenolic compounds in E. giganteum, HPLC-DAD and HPLC-MS/MS analysis were performed. An aqueous extractive solution (AES) was prepared by decoction of E. giganteum grounded stems using water. The resulting AES was spray-dried using a Niro Production Minor equipped with rotary atomizer (GEA, Copenhagen, Denmark). The spray-dried extract was then characterized. The content of total ash and acidinsoluble ash (at 600 °C) in E. giganteum stems were 20.07 ± 0.21% and 13.75 ± 0.39% (mean ± S.D.), respectively. The total phenolic content was 7.27 ± 0.05 mg expressed as gallic acid equivalent per gram (GAE/g), and the total flavonoid content was 0.420 ± 0.014 g% (w/w). In the TLC of E. giganteum was verified the presence of spots characteristic of polyphenols. The HPLC fingerprint revealed the existence of some constituents with UV spectra characteristics of cinnamic acid and kaempferol derivatives. The differentiation between E. giganteum and E. arvense, and in a minor extension for E. hyemale and E. bogotense, was possible by the chromatographic profile in TLC and HPLC analysis. The possible presence of thiamine was characterized by TLC in these samples. In the optimum condition found for hydrolysis of E. giganteum raw material, quercetin and kaempferol aglicones were found. The comparative analysis of flavonoids aglycones using HPLC and total flavonoids spectrophotometric methods revealed similarities between E. giganteum, E. hyemale and E. bogotense, but not for E. arvense, which showed a distinct profile of aglycones. The HPLC-MS/MS analysis of E. giganteum hydroethanol extractive solution allowed to characterize some flavonoids heterosides, mainly quercetin and kaempferol derivatives, and other rare compounds. The spray-dried extract (SDE) of E. giganteum was obtained with a high process yield (85.6%) and characterized as a very fine powder with low density, poor flowability and high loss on drying, but low water activity. The high content of reducing sugars and minerals, represented by total ash, was also observed in the SDE and can explain some these characteristics. The high content of sugars and minerals in the SDE also corroborate the traditional use of the plant as remineralizant. The results obtained in this study represent one of the first contributions to the establishment of parameters and methods for the characterization and quality control of raw material of E. giganteum. The feasibility of production and subsequent characterization of dried extract obtained contributes to the development of new pharmaceuticals products and to the evaluation of new biological activities.