Determination of phenolic compounds in apple and pear pulp by ultra-high performance liquid chromatography coupled with mass spectrometry

Abstract

Apples (Malus domestica) and pears (Pyrus L.). are two of the most widely grown and consumed fruits on the planet. They provide phenolic compounds, which are considered to have positive effects on human health such as antioxidant and anti-hypertensive properties. The by products of these fruits are not currently fully utilized; thus, it is critical to characterize them, particularly with regard to their antioxidant capabilities, in order to identify potential uses and prevent their waste. The goal of this study was to identify the antioxidant properties of by-products and edible parts of six national cultivars of pears — Bela-Feia, Torres Novas, Carapinheira, Carapinheira Roxa, Lambe-os-Dedos, and Amorim — and five different Portuguese apple cultivars — Pardo Lindo, Pêro de Borbelo, Noiva, Pêro Coimbra, and Repinau — produced in the Alcobaça region (Portugal) and compare them with commercially available cultivars, also from this region. The antioxidant properties were assessed employing antioxidant capacity tests (DPPH radical scavenging and β- carotene bleaching) as well as total flavonoids and total phenolic content assays. In general by products from apples and pears, performed better in terms of antioxidant capacity, TFC, and TPC, indicating their potential as sources of beneficial antioxidant compounds. It is interesting to note that in some cultivars such as the Carapinheira pear, the maximum antioxidant properties can be found in seeds while in other cultivars like Noiva apple can be found in peels. A UHPLC-ToF-MS method was also developed for the determination of 20 individual phenolics in the mesocarp (pulp) and by-products of apples and pears. The analytical method was evaluated regarding linearity, limit of detection, limit of quantification, accuracy, showing its suitability for the quantification of phenolic compounds. This method was applied to four samples of the regional cultivars of fruits, providing their phenolic composition. Vanillic acid and caffeic acid were the phenolics with a higher concentration in the fruit samples. The principal component analysis (PCA) technique was used to reduce the data dimensionality while maintaining the contribution of the original variables. Fruits were successfully differentiated into groups based on their provenience.

Maçãs e peras são duas das frutas mais produzidas e consumidas em todo o mundo. Estas frutas são fontes de compostos fenólicos, que são considerados como tendo efeitos positivos para a saúde humana, tais como propriedades antioxidantes e anti-hipertensivas. Os sub-produtos destes frutos não estão a ser devidamente aproveitados; portanto é essencial caracterizá-los, particularmente em relação às suas propriedades antioxidantes, de maneira a identificar potenciais usos e prevenir o seu desperdício. O objetivo deste trabalho foi identificar as propriedades antioxidantes dos sub-produtos e parte edível de seis cultivares nacionais de peras — Bela-Feia, Torres Novas, Carapinheira, Carapinheira Roxa, Lambe-os-Dedos, e Amorim — e cinco cultivares portugueses de maçãs Pardo Lindo, Pêro de Borbelo, Noiva, Pêro Coimbra, e Repinau — produzidos na região de Alcobaça (Portugal) e compará-los com cultivares comercialmente disponíveis, também desta região. As capacidades antioxidantes foram avaliadas aplicando testes de capacidade antioxidante (método do radical DPPH e branqueamento do β-caroteno) e também pela determinação do teor total de compostos fenólicos e de flavonoides. No geral, os sub-produtos obtiveram melhores resultados na capacidade antioxidante, TPC e TFC, mostrando o seu potencial como fonte de antioxidantes. É interessante referir que em alguns cultivares, como na pera Carapinheira, os resultados são melhores nas sementes e noutros, como na maçã Noiva, nas cascas. Também foi desenvolvido um método UHPLC-ToF-MS para a determinação de 20 compostos fenólicos individuais no mesocarpo (polpa) e sub-produtos destas matrizes. O método analítico foi avaliado quanto à linearidade, limite de deteção, limite de quantificação, precisão, mostrando ser adequado para a determinação de compostos fenólicos. O método foi aplicado a 4 amostras dos cultivares regionais, fornecendo a sua composição fenólica. Os ácidos vanílico e cafeico foram encontrados em maiores concentrações nestas matrizes. Uma técnica de análise de componentes principais (PCA) foi utilizada para diminuir a dimensão de dados, mantendo o contributo das variáveis iniciais. Os frutos foram separados com sucesso com base na sua proveniência.