Quantification of three phenolic classes and total phenolic content of propolis extracts using a single UV-vis spectrum

Abstract

This work presents a methodology for simultaneously measuring the total content of three classes of phenolic compounds (hydroxybenzoic acids, hydroxycinamic acids and flavonoids), as well the total phenolic content using a single UV-vis spectrum. To test the methodology, samples of propolis were used. Firstly, an experimental design based in the Response Surface Methodology established that the best hydroethanolic solution for propolis phenolic compounds extraction had 80% of ethanol. Secondly, calibration models were developed with multiple linear regression, coupled with the leaps algorithm for variable selection, using UV-vis spectra of mixed standard solutions (gallic acid, ferulic acid and quercetin mixtures), all with orthogonal concentrations established by a multilevel fractional factorial design. The model’s estimation and prediction performance had linearity between predicted and expected concentration values, with slope ranging from 0.996–1.04 and determination coefficients higher than 0.995. A quality control solution presented acceptable repeatability and accuracy (relative standard deviation percentage and percentage relative error were lower than 4.8%). Analysis of propolis phenolic compounds extracts showed acceptable precision (relative standard deviation percentages lower than 1.6%) and acceptable accuracy (recoveries assays ranged between 98 and 112%). Overall, the present multi-parametric analytical technique can be a first approach for chemical characterization of phenolic compounds extracts, such as that obtained from the propolis samples, considering its advantages of simplicity, rapidity, precision and accuracy. Moreover, this methodology can be adapted to other sample matrices, provided that the typical UV-vis absorption spectra of their classes of phenolic compounds shows partial overlapping, allowing multivariate calibration.

Graphical Abstract

Este trabajo presenta una metodología para medir simultáneamente el contenido total de tres clases de compuestos fenólicos (ácidos hidroxibenzoicos, ácidos hidroxicinámicos y flavonoides), así como el contenido fenólico total usando un solo espectro UV-Vis. Para probar la metodología, se utilizaron muestras de propóleos. En primer lugar, un diseño experimental basado en la metodología de la respuesta en superficie estableció que la mejor solución hidroetanólica para la extracción de compuestos fenólicos de propóleos tenía un 80% de etanol. En segundo lugar, se desarrollaron modelos de calibración con regresión lineal múltiple, junto con el algoritmo de saltos para la selección variable, utilizando espectros UV-Vis de soluciones estándar mixtas (ácido gálico, ácido ferúlico y mezclas de quercetina), todas con concentraciones ortogonales establecidas por un diseño factorial fraccional multinivel. La estimación del modelo y el rendimiento de la predicción tenían linealidad entre los valores de concentración previstos y esperados, con una pendiente que variaba de 0,996 a 1,04 y coeficientes de determinación superiores a 0,995. Una solución de control de calidad presentó aceptable repetibilidad y precisión (porcentaje de desviación estándar relativa y porcentaje de error relativo inferiores al 4,8%). El análisis de extractos de compuestos fenólicos de propóleos mostró una precisión aceptable (porcentajes de desviación estándar relativa inferior al 1,6%) y una precisión aceptable (los ensayos de recuperación variaron entre 98 y 112%). En general, la presente técnica analítica multiparamétrica puede ser un primer enfoque para la caracterización química de extractos de compuestos fenólicos, como el obtenido a partir de las muestras de propóleos, considerando sus ventajas de simplicidad, rapidez, precisión y precisión. Además, esta metodología puede adaptarse a otras matrices de muestra, siempre que los espectros de absorción UV-Vis típicos de sus clases de compuestos fenólicos muestren solapamiento parcial, permitiendo la calibración multivariante.

Keywords:

• Propolis analysis
• hydroxybenzoic acids
• hydroxycinamic acids
• flavonoids
• total phenolic content
• single UV-vis spectrum
• experimental design
• multivariate calibration