BR102016014976B1 - Processo de extração sequencial de compostos bioativos do bagaço de maracujá e uso dos referidos compostos bioativos - Google Patents

Abstract

PROCESSO DE EXTRAÇÃO SEQUENCIAL DE COMPOSTOS BIOATIVOS DO BAGAÇO DE MARACUJÁ E USO DOS REFERIDOS COMPOSTOS BIOATIVOS. A presente invenção descreve um processo de extração sequencial para a obtenção de frações de extratos bioativos a partir do bagaço de maracujá amarelo (Passiflora edulis sp.) . Mais especificamente, o processo compreende etapas que envolvem extração com fluido supercrítico (SFE) seguida de extração com líquidos pressurizados (PLE) para obtenção de frações de extrato concentradas em tocotrienóis, ácidos graxos poliinsaturados, carotenoides e compostos fenólicos.

Description

Campo da invenção:

[1] A invenção aqui descrita se insere no campo da química dos produtos naturais, mais especificamente no que se refere à obtenção de bioativos, e faz referência a um processo de extração sequencial usando fluido supercrítico e líquido pressurizado na obtenção de frações de extratos concentrados em compostos bioativos do bagaço de maracujá.

Fundamentos da invenção:

[2] Extratos vegetais ricos em compostos bioativos têm ganhado, nos últimos anos, uma significativa parcela do mercado. No entanto, uma das características desejadas dos extratos é a concentração do composto de interesse.

[3] Devido a este fato, processos de extração em que o extrato é concentrado durante as etapas de extração são muito importantes e altamente desejáveis.

[4] Sendo assim, esta invenção propõe um processo de extração sequencial usando fluido supercrítico e líquido pressurizado na obtenção de frações de extratos concentrados em compostos bioativos do bagaço de maracujá.

[5] Os processos utilizados até o presente momento para recuperação do óleo das sementes de maracujá são a prensagem a frio e a recirculação de solventes orgânicos.

[6] A invenção ora proposta faz uso de outros dois processos de extração para obter frações de extrato concentrado em diferentes compostos químicos, sendo elas a extração com fluido supercrítico (SFE) e a extração com líquidos pressurizados (PLE).

[7] O processo SFE proposto se divide em três etapas com condições de operação distintas, sendo esta imprescindível para a realização da última etapa, a PLE.

[8] As técnicas até então usadas recuperam apenas uma fração de extrato, contendo os compostos de característica polar ou apolar diluídos.

[9] O estudo do artigo “Supercritical CO2 extraction of passion fruit (Passiflora edulis sp.) seed oil assisted by ultrasound”, de Barrales et al, se refere à extração supercrítica assistida por ultrassom, usando CO2 como solvente, para obtenção de UMA fração de óleo de sementes de maracujá. Diferentemente, a presente invenção estabelece quatro condições operacionais para obtenção de quatro classes distintas de compostos químicos.

[10] Em “Optimization of supercritical carbon dioxide extraction of Passiflora seed oil”, de ZAHEDI, Gholamreza et al, a extração supercrítica é simulada em redes neurais, utiliza CO2 como solvente e obtém uma fração de óleo de sementes de maracujá.

[11] Em CN1710043, CN103952233 e CN103992876, faz-se referência a tecnologias que descrevem a obtenção de apenas uma fração de óleo de maracujá utilizando o processo de extração supercrítica.

[12] Diferentemente, a tecnologia proposta na presente invenção obtém quatro frações de extrato concentradas em tocóis, ácidos graxos, carotenoides e compostos fenólicos isolados. Os extratos obtidos de acordo com a presente invenção apresentam atividade biológica e podem ser usados diretamente ou incorporados como ingredientes em alimentos, produtos nutracêuticos e cosméticos.

[13] Vantajosamente, os extratos fracionados obtidos são concentrados em determinados compostos. As técnicas de extração conhecidas do estado da técnica realizam a extração em uma única etapa, obtendo uma única fração de extrato, não necessariamente concentrada nos compostos bioativos de interesse.

Breve descrição da invenção:

[14] A invenção ora descrita se refere a um processo de extração sequencial para a obtenção de quatro frações de compostos químicos bioativos do bagaço de maracujá amarelo (Passiflora edulis sp.).

[15] Mais especificamente, este processo compreende etapas que envolvem extração com fluido supercrítico (SFE) seguida de extração com líquidos pressurizados (PLE) para obtenção de frações de extrato concentradas em tocotrienóis, ácidos graxos poliinsaturados, carotenoides e compostos fenólicos, em que cada uma destas frações é obtida em condições de operação específicas durante o processo de extração e a sequência destas condições respeita uma ordem de execução específica.

Breve descrição das figuras:

[16] Para obter uma total e completa visualização do objeto desta invenção, são apresentadas as figuras às quais se faz referências, conforme se segue.

[17] A Figura 1 representa uma unidade de extração típica habilitada para processos SFE e PLE. A unidade de extração é composta por: V-1 a V-6: válvulas de bloqueio; V7: válvula micrométrica; VS: válvula de segurança; C: compressor de ar; F: filtro de ar; FC: filtro de CO2; BR: banho de refrigeração; BP: bomba de CO2; BA: banho de aquecimento; CE: célula de extração; R-1: reservatório de CO2; R-2: reservatório de solvente líquido; B: bomba HPLC; I-1, I-2 e I-3: indicadores de pressão; I-4: indicadores de temperatura; IC: controlador de temperatura; FC-1: frasco de coleta de extrato; F: fluxômetro; R: totalímentro.

[18] A Figura 2 representa graficamente a superfície de resposta para (A) concentração de tocóis totais e (B) concentração de carotenoides totais dos extratos do bagaço de maracujá obtidos no estudo prévio ao da extração sequencial.

[19] A Figura 3 representa o rendimento global e de compostos alvo dos extratos do bagaço de maracujá obtidos do processo sequencial de SFE, em que (A) é o rendimento global, (B) é o rendimento de ácidos graxos, (C) é o rendimento de tocóis e (D) é o rendimento de carotenoides totais.

Descrição detalhada da invenção:

[20] A presente invenção trata-se de um processo de extração sequencial para a obtenção de extratos concentrados em distintos compostos químicos a partir do bagaço de maracujá amarelo (Passiflora edulis sp.) usando extração com fluidos supercríticos (SFE) e extração com líquidos pressurizados (PLE).

[21] O referido processo compreende as etapas de: a) submeter o bagaço de maracujá à primeira etapa de extração com fluidos supercríticos (SFE) para obtenção da fração rica em tocotrienóis; b) submeter o material obtido na etapa (a) à segunda etapa de extração com fluidos supercríticos (SFE) para obtenção da fração rica em ácidos graxos poliinsaturados; c) submeter o material obtido na etapa (b) à terceira etapa de extração com fluidos supercríticos (SFE) para obtenção da fração rica em carotenoides; d) submeter o material obtido na etapa (c) à extração com líquidos pressurizados para obtenção da fração rica em compostos fenólicos.

[22] A matéria-prima utilizada no processo da invenção corresponde ao bagaço do maracujá, composto por sementes e mucilagem, resultantes do processo de separação da polpa.

[23] O bagaço é previamente desidratado à temperatura não superior a 60°C por tempo suficiente para que a umidade seja inferior a 0.15 kg água/kg bagaço, sendo moído em seguida para obter um diâmetro de partículas inferior a 2 mm.

[24] Na etapa (a), o dióxido de carbono (CO2) aquecido entre 60 e 70°C e pressurizado entre 15 e 20 MPa, entra em contato com a matéria-prima para extração da primeira fração do extrato rica em tocotrienóis, em que a quantidade de CO2 utilizada respeita a fração de S/F (em que S é a massa de solvente e F é a massa de bagaço) de até 150.

[25] Na etapa (b), o dióxido de carbono (CO2) aquecido entre 50 e 60°C e pressurizado entre 15 e 20 MPa, entra em contato com o bagaço que passou pela etapa (a) para extração da segunda fração do extrato rica em ácidos graxos poliinsaturados, em que a quantidade de CO2 utilizada respeita a fração de S/F de até 150.

[26] Na etapa (c), o fluxo contínuo de dióxido de carbono (CO2) aquecido entre 50 e 70°C e pressurizado entre 25 e 40 MPa, entra em contato com o bagaço que passou pelas etapas (a) e (b) para extração da terceira fração do extrato rica em carotenoides, em que a quantidade de CO2 utilizada respeita a fração de S/F de até 100.

[27] Na etapa (d), o bagaço submetido às etapas (a), (b) e (c) é extraído com líquidos pressurizados. Para tal fim, uma mistura líquida de etanol e água, com concentração de etanol entre 40 e 80% m/m, aquecida entre 60 e 80 °C e pressurizada entre 5 e 40 MPa entra em contato com o bagaço e extrai a quarta fração de extrato, rica em compostos fenólicos, em que o piceatanol é o majoritário. A quantidade de etanol usada respeita a fração S/F de até 450.

[28] A ordem das etapas é crucial na obtenção dos compostos bioativos mencionados.

[29] As três primeiras etapas se baseiam na densidade do CO2 nas condições descritas. A densidade está associada ao poder de solvatação do CO2, logo, se a ordem for alterada, não serão obtidos extratos concentrados nos compostos já descritos. Já a quarta etapa precisa ser realizada após o bagaço ser desengordurado. Caso contrário, o extrato será menos concentrado em compostos fenólicos, pois o conteúdo lipídico do bagaço atrapalha a obtenção dos mesmos.

[30] Os extratos obtidos de acordo com a presente invenção apresentam atividade biológica e podem ser usados diretamente ou incorporados como ingredientes em alimentos, produtos nutracêuticos e cosméticos.

Exemplo da invenção:

[31] Para chegar às condições ótimas de SFE, foi realizado um planejamento experimental para testar as variáveis pressão (17, 26, 35 MPa) e temperatura (40, 50 e 60 °C), totalizando 9 experimentos, conduzidos em duplicata.

[32] Cada experimento foi conduzido da seguinte forma: uma determinada quantidade de matéria-prima (4 g) foi pesada e colocada no extrator esquematizado pela Figura 1; o fluxo de CO2 foi liberado e mantido em contato com a amostra por 10 minutos com a válvula V-7 estancada e, em seguida, tal válvula foi aberta e o processo de coleta de extrato iniciado, sendo interrompido quando a razão S/F atingiu o valor de 160.

[33] O leito de matéria-prima continha densidade aparente de 0,55 g/cm3. Para todos os ensaios, o extrato coletado foi analisado quando ao rendimento global, conteúdo de tocóis, perfil de ácidos graxos e conteúdo total de carotenoides. Os principais resultados destes experimentos estão sumarizados na Figura 2 e na Tabela 1 abaixo. Tabela 1 - Influência dos parâmetros no rendimento global (X0)

X1: temperatura codificada X2: pressão codificada 1 Em cada coluna, valores acompanhados com letras diferentes em sobrescrito diferem estatisticamente entre si, com nível de significância de 5%.

[34] A Figura 2 mostra as condições ótimas para obtenção de tocóis e carotenoides, sendo estas 60 °C e 17 MPa e 60 °C e 26 MPa, respectivamente.

[35] A partir deste resultado, a sequência de condições foi desenhada, com os tocóis sendo recuperados na primeira etapa, pois são os compostos mais solúveis em CO2 supercrítico, e os carotenoides obtidos na terceira etapa, uma vez que necessitam de alta pressão.

[36] Em vista desse fato, necessitava-se, então, de uma etapa intermediária, em que os tocóis fossem extraídos sem a extração dos carotenoides. Esta condição também foi escolhida com base na Figura 2 e Tabela 1, 50 °C e 17 MPa, a qual resultou na mais baixa concentração de carotenoides e intermediário rendimento global.

[37] Para confirmar a hipótese de que as três classes de compostos poderiam ser extraídas em etapas sequenciais, o SFE foi realizada usando as condições de temperatura e pressão informadas acima.

[38] A fim de avaliar o processo sequencial, as mesmas condições de manuseio do equipamento de extração foram usadas nesta etapa. No entanto, a mesma matéria-prima foi sequencialmente submetida à extração nas seguintes condições: 60 °C e 17 MPa; 50 °C e 17 MPa; e 60 °C e 26 MPa. As duas primeiras etapas foram executadas até S/F de 150 e a terceira etapa com S/F de 100 kg solvente/kg matéria-prima.

[39] Os extratos foram analisados quanto à quantificação de tocóis, ácidos graxos e carotenoides e os resultados estão apresentados na Figura 3 e nas Tabelas 2, 3 e 4 abaixo. Ambas mostram que a primeira etapa concentrou o extrato em tocóis, a segunda etapa recuperou ácidos graxos sem tocóis e baixo teor de carotenoides e a terceira etapa concentrou o extrato em carotenoides. Tabela 2 - Rendimento global e conteúdo de tocóis dos extratos do bagaço de maracujá obtidos por SFE em processo sequencial.

nq: composto não quantificado; na: amostra não analisada. 1Em cada coluna, valores acompanhados com letras diferentes em sobrescrito diferem estatisticamente entre si, com nível de significância de 5%. Tabela 3 - Conteúdo de ácidos graxos dos extratos do bagaço de maracujá obtidos por SFE em processo sequencial.

na: amostra não analisada. 1Em cada coluna, valores acompanhados com letras diferentes em sobrescrito diferem estatisticamente entre si, com nível de significância de 5%. Tabela 4 - Conteúdo de caroteno ides totais dos extratos do bagaço de maracujá obtidos por SFE em processo sequencial

1Em cada coluna, valores acompanhados com letras diferentes em sobrescrito diferem estatisticamente entre si, com nível de significância de 5%.

[40] Por fim, a matéria-prima que passou pela SFE foi submetida à PLE com o intuito de se obter compostos fenólicos. Foi realizado um planejamento experimental contemplando as variáveis temperatura de extração (50, 60 e 70 °C) e formulação do solvente (50, 75 e 100%, m/m, etanol em água), totalizando 9 experimentos, conduzidos em duplicata.

[41] Cada experimento foi conduzido da seguinte forma: uma determinada quantidade de matéria-prima (3 g) foi pesada e colocada no extrator; o fluxo de solvente foi bombeado e mantido em contato com a amostra por 10 minutos com a válvula V-7 estancada; em seguida, tal válvula foi aberta e o processo de coleta de extrato foi iniciado, sendo interrompido quando a razão S/F atingiu o valor de 120. A vazão de solvente foi de 3 g/min.

[42] O leito de matéria-prima continha densidade aparente de 0,48 g/cm3. Para todos os ensaios, o extrato coletado foi analisado quanto ao rendimento global, conteúdo de fenólicos totais, conteúdo de piceatanol e capacidade antioxidante. Para fins de observar o efeito das prévias etapas de SFE, o ensaio que apresentou maior conteúdo de fenólicos totais foi reproduzido usando o bagaço que não passou pela SFE. Os principais resultados desta etapa estão sumarizados nas Tabelas 5 e 6 abaixo.

[43] Na presente invenção, denomina-se: - TPC = Conteúdo total de fenólicos (do inglês Total Phenolic Content); - GAE = Equivalente de ácido gálico (do inglês Gallic Acid Equivalent); - DPPH = Método 2,2-difenil-1-picrilhidrazil para determinação de capacidade antioxidante; - FRAP = Método de redução de ferro para determinação de capacidade antioxidante (do inglês Ferric Reducing Antioxidant Power); - ORAC = Método de absorbância do radical oxigênio para determinação de capacidade antioxidante (do inglês Oxygen Radical Absorbance Capacity); e - TE = Equivalente de Trolox (do inglês Trolox Equivalent). Tabela 5 - Condições de extração, rendimento global, conteúdo de fenólicos totais e conteúdo de piceatanol dos extratos obtidos do bagaço de maracujá desengordurado (DPFB) e não desengordurado (nDPFB) através de PLE.

1Em cada coluna, valores acompanhados com letras diferentes em sobrescrito diferem estatisticamente entre si, com nível de significância de 5%. Tabela 6 - Capacidade antioxidante dos extratos obtidos dos extratos obtidos do bagaço de maracujá desengordurado (DPFB) e não desengordurado (nDPFB) através de PLE.

1Em cada coluna, valores acompanhados com letras diferentes em sobrescrito diferem estatisticamente entre si, com nível de significância de 5%.

[44] Com base nesses resultados foi possível escolher a quarta etapa do processo sequencial, a condição de PLE de 70 °C e 50 % etanol (m/m), que mostrou maiores rendimentos de fenólicos totais, de piceatanol e maiores valores de capacidade antioxidante. A comparação entre o bagaço desengordurado, ou seja, que passou pelas etapas de SFE, com o bagaço não desengordurado, mostrou que o bagaço desengordurado produz maiores rendimentos de compostos fenólicos e de piceatanol, bem como, maior capacidade antioxidante. Estes resultados enfatizam a importância do processo sequencial na recuperação destes compostos.

[45] Os métodos atualmente empregados resultam na obtenção de uma única fração de extrato a partir da semente de maracujá. A nova tecnologia promove a obtenção fracionada do extrato, de modo que cada fração seja concentrada em tocóis, ácidos graxos, carotenoides e compostos fenólicos, que podem encontrar aplicações específicas.

[46] Os resultados indicaram que os processos sequenciais podem eficientemente recuperar quatro frações de extratos concentrados.

[47] O principal tocotrienol foi o δ-tocotrienol e o principal ácido graxo foi ácido linoleico.

[48] Os principais carotenoides foram β-caroteno e β- criptoxantina e o principal composto fenólico foi o piceatanol.

[49] Os conteúdos de tocóis totais, compostos fenólicos totais e piceatanol mostraram alta e positiva correlação com as capacidades antioxidantes das frações.

[50] SFE e PLE aplicadas em sequência permitiram obter extratos concentrados em compostos alvos.

Claims (8)

1. Processo de extração sequencial de compostos bioativos do bagaço de maracujá caracterizado por compreender as etapas de: a) submeter o bagaço de maracujá à primeira etapa de extração com fluidos supercríticos (SFE) para obtenção da fração rica em tocotrienóis; b) submeter o material obtido na etapa (a) à segunda etapa de extração com fluidos supercríticos (SFE) para obtenção da fração rica em ácidos graxos poliinsaturados; c) submeter o material obtido na etapa (b) à terceira etapa de extração com fluidos supercríticos (SFE) para obtenção da fração rica em carotenoides; d) submeter o material obtido na etapa (c) à extração com líquidos pressurizados para obtenção da fração rica em compostos fenólicos.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o bagaço do maracujá ser composto por sementes e mucilagem.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o bagaço do maracujá ser previamente desidratado à temperatura inferior a 60°C por tempo suficiente para obtenção de uma umidade inferior a 0.15 kg água/kg bagaço e depois moído para obter um diâmetro de partículas inferior a 2 mm.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de, na etapa (a), o dióxido de carbono (CO2) ser aquecido entre 60 e 70°C e pressurizado entre 15 e 20 MPa para entrar em contato com a matéria-prima para extração da primeira fração do extrato rica em tocotrienois, em que a quantidade de CO2 utilizada respeita a fração de S/F (massa de solvente/massa de bagaço) de até 150.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de, na etapa (b), o dióxido de carbono (CO2) ser aquecido entre 50 e 60°C e pressurizado entre 15 e 20 Mpa para entrar =em contato com o bagaço que passou pela etapa (a) para extração da segunda fração do extrato rica em ácidos graxos poliinsaturados, em que a quantidade de CO2 utilizada respeita a fração de S/F de até 150.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de, na etapa (c), o fluxo contínuo de dióxido de carbono (CO2) ser aquecido entre 50 e 70°C e pressurizado entre 25 e 40 Mpa para entrar em contato com o bagaço que passou pelas etapas (a) e (b) para extração da terceira fração do extrato rica em carotenoides, em que a quantidade de CO2 utilizada respeita a fração de S/F de até 100.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de, na etapa (d), o bagaço submetido às etapas (a), (b) e (c) ser extraído com líquidos pressurizados, em que uma mistura líquida de etanol e água, com concentração de etanol entre 40 e 80% m/m, é aquecida entre 60 e 80 °C e pressurizada entre 5 e 40 MPa para entrar em contato com o bagaço e extrair a quarta fração de extrato rica em compostos fenólicos, preferencialmente piceatanol, em que a quantidade de etanol utilizada respeita a fração S/F de até 450.

8. Uso dos compostos bioativos obtidos conforme processo descrito nas reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de ser no preparo direto ou por incorporação em alimentos, produtos nutracêuticos e cosméticos.

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