BR102017014693A2 - processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrato em azadriachtin a, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem) - Google Patents

Abstract

“processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrato em azadriachtin a, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem)”. a presente patente de invenção descreve um processo combinado de extração e purificação de azadirachtinas a partir de sementes da espécie azadirachta indica a. juss., que rende um produto hidrossolúvel e com concentração de azadirachtin a maior que óleo de nim, obtido por prensagem mecânica. ainda oferece redução significativa de perdas de princípio ativo durante o processo comparado com o estado da arte. além disso, o processo se destaca pela total compatibilidade com os princípios de química verde, por combinar altos rendimentos com ausência de solventes nocivos, reciclagem dos insumos e baixa necessidade energética.

Description

“PROCESSO DE OBTENÇÃO DE EXTRATO SECO E HIDROSSOLÚVEL, CONCENTRATO EM AZADRIACHTIN A, A PARTIR DE SEMENTES DA ESPÉCIE AZADIRACHTA INDICA (NEEM)”.

Campo da invenção [001] A presente invenção refere-se a um processo de obtenção de uma solução polar de azadirachtin A e compostos relacionados a partir de sementes da espécie botânica Azadirachta indica A. Juss conforme os princípios de química verde.

Fundamentos da invenção [002] Pesticidas botânicos obtidos de plantas são uma alternativa aos produzidos sinteticamente, e azadirachtin A proveniente da espécie nim, Azadirachta indica A. Juss, é os mais estudado e mais conhecido mundialmente. Essa substância já é comercializada em diversos países do mundo em formulações diferentes e com concentrações diferentes do princípio ativo. azadirachtin A é encontrado em maior concentração nas sementes dessa espécie, porém existem outras substâncias com estrutura molecular semelhante em Azadirachta indica e em outras espécies desse mesmo gênero botânico que também apresentam atividade biológica. A atividade biológica mais estudada e mais aproveitada é a atividade contra insetos, na qual foram descritas atividades dissuasórias e de regulação de crescimento.

[003] É de conhecimento geral que, além de azadirachtin A, sementes de nim também contém quantidades consideráveis de triglicerídeos e outros lipídeos, e que azadirachtin A representa o principal componente responsável pelos diversos efeitos de extratos de nim contra insetos.

[004] Um dos grandes diferenciais de extratos de nim no controle de insetos é sua compatibilidade com os conceitos da agricultura orgânica, por serem originário de fontes naturais e renováveis, degradáveis e com ação seletiva contra insetos. Porém, os

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2/7 processos atuais de obtenção de extratos de nim são ou ineficientes, como a prensagem de óleo, ou incompatéiveis com os princípios de química verde, como o processo descrito por Kleeberg (1992), que exige a aplicação de solventes orgânicos tóxicos e de origem fóssil.

[005] O processo tradicional de obtenção de azadirachtinas é a extração do óleo por prensagem mecânica. Esse processo, a pesar de ser compatível com os princípios de química verde, tem duas grandes desvantagens: 1) O óleo não mistura prontamente com água e, consequentemente, precisa de um emulsificante ou tensoatívo na formulação para aplicação como inseticida. 2) A maior parte das azadirachtinas permanece na torta, resíduo sólido da prensagem do óleo.

[006] Vários procedimentos para a obtenção de extratos hidrossolúveis de nim foram descritos na literatura que involvem a utilização de solventes orgânicos de baixa polaridade, como, por exemplo, Schroeder & Nakanishi (1987), Kleeberg (1992) ou Melwita & Ju (2010). Estes processos rendem Azadirachtin A de alta concentração, que atinge mais que 40% do peso do produto final, porém a aplicação de solventes orgânicos apolares, tais como hidrocarbonetos alifáticos (pentano, hexano, heptano etc.) torna esses processos perigosos para o meio ambiente e a saúde humana, além de consumir quantidades consideráveis de energia em processos de destilação para a recirculação desses solventes.

[007] Em alguns processos publicados, solventes convencionais foram substituídos por solventes pressurizados para aumentar a eficiência da extração. Exemplos para esses processos são extração com dióxido de carbono supercrítico, descrito, por exemplo, por Ambrosino et al. (1999) ou Rembold (1997), ou metanol pressurizado (Jadeja et al. 2011). Esses processos foram comprovados de serem eficientes na extração de azadirachtinas, porém dependem de equipamentos caros que reduzem significativamente a eficiência econômica do processo.

[008] Como a grande maioria dos produtos naturais, azadirachtin A também pode ser

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3/7 purificado por métodos cromatográficos. Um exemplo para um método de purificação de azadirachtin A por cromatografia em coluna foi descrito por Sharma et al. 2003. Esses métodos, a pesar de serem capazes de render purezas acima de 90%, têm um custo bastante elevado que inviabiliza uma aplicação industrial.

[009] Os princípios de química verde, definidos por Anastas & Warner (1998), são conhecidos por pessoas formadas na área. Os princípios relevantes para essa patente são: evitar resíduos, minimizar o uso de solventes e usar solventes inofensivos, aumentar a eficiência energética, usar matérias primas renováveis e minimizar os riscos de acidentes.

[010] Até agora, não existe descrição de um processo econômico para obtenção de um extrato hidrossolúvel de azadirachtin A que obedeça aos princípios de química verde, sem aplicação de solventes apolares, sem aplicação de tensoativos, sem aplicação de alta pressão e sem métodos cromatográficos, fatores que encarecem a produção significativamente.

[011] O desafio a ser resolvido nessa invenção é dispor de um processo econômico para obtenção de um extrato hidrossolúvel e rico em azadirachtin A que obedece aos princípios de química verde.

Descrição detalhada da invenção [012] O problema é resolvido por disponibilizar um processo que gera fases separadas a partir de um extrato de sementes da espécie Azadirachta indica por adição de solventes verdes polares e que consiste das seguintes etapas: (a) Diminuição das partículas da matéria prima; (b) Extração com um solvente do grupo [etanol; acetato de etila]; (c) Remoção de pelo menos 80% do solvente de extração; (d) Adição de um ou mais solventes do grupo [glicerol; água]; (e) Separação da fase polar. Essas etapas são descritas detalhadamente a seguir:

Petição 870180039078, de 11/05/2018, pág. 13/21 [014] - Sementes de Azadirachta indica, ou subprodutos delas, devem ser trituradas. Exemplos para subprodutos das sementes, para os quais essa patente não é limitada, são amêndoas descascadas ou a torta que sobra como resíduo da obtenção de óleo por esmagamento das sementes. A quebra das sementes é fundamental para garantir o acesso do solvente ao princípio ativo. Pessoas formadas na área conhecem essa relação: Quanto menor a partícula, melhor o acesso para o solvente e então melhor a eficiência da extração, porém partículas muito pequenas levam à formação de aglomerados e canais preferenciais dos solventes, fatos que reduzem a eficiência da extração. Num processo conforme essa patente, as partículas das sementes pre-processadas têm um tamanho entre mesh 4 e mesh 140, preferencialmente entre mesh 10 e mesh 20.

[015] - Para que o processo esteja compatível com os princípios de química verde, a extração precisa ser realizada com um solvente que seja pouco nocivo para o meio ambiente e a saúde humana e, ainda, renovável. Solventes facilmente disponíveis com essas características são água, etanol, acetato de etila e dióxido de carbono. Azadirachtin A é uma substância de polaridade média. As condições ideais para a extração de uma substância de polaridade média são conhecidas por pessoas formadas na área: Água é um solvente muito polar, a solubilidade de azadirachtin A nela é muito baixa, consequentemente a eficiência da extração também é baixa. Por isso, água não é um solvente ideal para a extração de azadirachtin A. Dióxido de carbono também apresenta baixa solubilidade para azadirachtin A, por ser muito apolar. Para servir como solvente de extração, dióxido de carbono precisa ser liquefeito ou em estado supercrítico. Esses estados físicos somente podem ser alcançados através de aplicação alta pressão. A exigência de alta pressão reduz a eficiência energética e aumenta os riscos de acidentes, fatores desfavoráveis aos conceitos de química verde. Pelo exposto, os solventes mais indicados para um processo verde de extração de azadirachtin A são etanol e acetato de etila. Por ser menos nocivo, etanol é mais indicado que acetato de etila.

[016] - Processos de extração são conhecidos por pessoas formadas na área. Exemplos para esses métodos de extração, para as quais a invenção não deve ser limitada, são maceração simples e percolação.

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5/7 [017] - Após extração, a maior parte do solvente é removido do extrato. A remoção conforme essa patente é feita por um processo de evaporação que pessoas formadas na área conhecem. Evaporação é um processo que exige bastante energia. Para ficar compatível com os princípios de química verde, o processo de evaporação conforme essa patente deve ser realizado sobre pressão reduzida, o que permite a redução do ponto de ebulição do solvente e assim a quantidade de energia que precisa ser introduzida no sistema. É vantajoso trabalhar com pressão abaixo de 225 mm Hg, pois reduz o ponto de ebulição do solvente abaixo de 50°C. Mais vantajoso ainda é uma pressão abaixo de 150 mm Hg, pois o ponto de ebulição é reduzido abaixo de 40°C. Outra vantagem além da economia de energia é que a redução da temperatura do processo ajuda a minimizar a degradação térmica do princípio ativo e, dessa maneira, aumenta a eficiência do processo. O processo de remoção do solvente por evaporação pode ser interrompido assim que a quantidade desejada de solvente for retirada. Num processo conforme essa patente, a quantidade de solvente que permanece após remoção não deve ultrapassar 100% do peso do extrato quando for totalmente livre de solvente. A permanência de uma parte do solvente usado para a extração melhora o balanço energético do processo.

[018] - Para fins de compatibilidade com os princípios de química verde, o solvente evaporado num processo, conforme essa patente, é recuperado por condensação. Apesar de consumir energia, essa etapa de condensação de solvente evita a emissão do solvente para o meio ambiente e viabiliza a reutilização de um insumo importante do processo.

[019] - Foi observado que um extrato de sementes de uma espécie do gênero Azadirachta, obtido conforme acima descrito, forma fases separadas após homogeneização com um ou, preferencialmente, mais solventes do grupo [água, glicerol] em quantidades que passam do peso seco (correspondente ao peso após remoção completa do solvente) do extrato. A fase polar é rica em azadirachtin A e é plenamente solúvel em água.

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6/7 [020] - Processo de separação de fases é um processo mecânico conhecido por pessoas formadas na área que normalmente é realizado por simples repouso.

Exemplo 1 [021] Sementes de nim secas (Cruangi Neem do Brasil Ltda.) foram trituradas para particulas de mesh 18 em 1.600 rpm (Pulverisette 14, Fritsch GmbH, Alemanha). A partir desse momento, todo experimento foi executado em triplicata: 20g de sementes trituradas foram extraídos com 60 ml de etanol 99,5% por maceração durante 24 horas em temperatura ambiente (20°C). O extrato foi separado por filtraçao e o volume corrigido para 100 ml com etanol 99,5%. Subsequentemente, o mesmo material foi extraído mais duas vezes com 60 ml de etanol da mesma forma. De cada um dos três extratos, 2 ml foram retirados para análise por HPLC conforme Kaushik (2002) (HPLC: Agilent 1260 series com injetor automático; coluna: Agilent Zorbax C18; 4,6 x 250 mm; 5μ m). Em média, foram obtidos 25,1 ± 0,2 mg de azadirachtin A na primeira extração, 11,2 ± 0,2 mg na segunda extração e 4,8 ± 0,2 mg na terceira extração, totalizando 41,1 ± 0,3 mg de azadirachtin A. Os três extratos sequenciais foram unidos e submetidos à remoção completa do solvente por evaporação em pressão reduzida (Rocket evaporator, Genevac, UK, método para baixo ponto de ebulição). O peso do extrato seco foi 4,2 ± 0,1g. O teor de azadirachtin A no extrato etanólico seco foi de 9.793 ± 241ppm. Este extrato seco foi misturado com 50% (peso/peso) de etanol 99,5%, 250% (peso/peso) de glicerina bidestilada e 250% (peso/peso) de água destilada. Formaram-se duas fases, uma oleosa superior e uma aquosa inferior. As fases foram separadas num funil de separação. O peso da fase aquosa obtida foi de 24,2 ± 0,6g. 2 ml dessa fase aquosa foram completadas para 10 ml com água destilada, filtradas e submetidas à análise por HPLC nas condições idênticas às descritas em cima. A concentração de azadirachtin A observada para o produto da separação de fase foi de 1.649 ± 46 mg/g. Consequentemente, cada grama de semente rendeu 1,2 g de produto hidrossolúvel com mais que 1600 ppm de azadirachtin A. A perda total de Azadirachtin A no processo foi de 2,8%. O novo processo foi comparado com o processo publicado por Kleeberg (1992).

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Para fins de comparação, este processo foi executado com as mesmas quantidades de sementes e solvente de extração: 20g das sementes trituradas conforme descrito encima foram extraídas com 60 ml de água destilada por maceração durante 24 horas em temperatura ambiente (20°C). O extrato foi separado por filtração e o volume corrigido para 100 ml com água destilada. Subsequentemente, o mesmo material foi extraído mais duas vezes com 60 ml de água destilada da mesma forma. De cada um dos três extratos, 2 ml foram retirados para análise por HPLC pelo método descrito encima. Em média, foram obtidos 12,2 ± 0,2 mg de azadirachtin A na primeira extração, 15,0± 0,4 mg na segunda extração e 7,8 ± 0,3 mg na terceira extração, totalizando 35,0 ± 0,8 mg azadirachtin A. Consequentemente, a extração aquosa em condições iguais rendeu 15% menos azadirachtin A que a extração com etanol. Os três extratos sequenciais foram unidos e a solução resultante submetida à extração líquida-líqida com 50 ml de acetato de etila. A fase orgânica foi removida apos separação das fases. Este procedimento foi repetido mais duas vezes. Os tres extratos de acetato de etila foram unidos e o solvente removido sobre pressão reduzida (Rocket evaporator, Genevac, UK, método para baixo ponto de ebulição). O extrato seco foi dissolvido em 3 ml de acetato de etila e transferido para 30 ml de hexano num tubo de centrifugação. Formou-se um precipitado sólido. Após centrifugação (4000 rpm, 30 min), a fase líquida foi decantada e o resíduo de solvente evaporado. Ao alcançar constância de peso, a massa do precipitado seco foi determinado em balança analítica como 129 ± 22 mg. Após solubilização desse precipitado em metanol, o teor de azadirachtin A foi determinado pelo método descrito encima. Este precipitado continha, em média, 28 ± 3 mg de Azadirachtin A. Consequentemente, a perda total de azadirachtin A no processo foi de 31,5%, ou seja, mais que dez vezes maior que no processo conforme essa patente.

Claims (13)

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REIVINDICAÇÕES

1. “Processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrado em azadriachtin a, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem)”, caracterizado por ser a partir de sementes de Azadirachta indica A. Juss. e por compreender as seguintes etapas: Etapa 1: Pre-tratamento da matéria prima para atingir um tamanho de particula entre mesh 4 e mesh 140; Etapa 2: Extração da matéria prima com solvente de polaridade média pertencente ao grupo dos álcoois e ésteres renováveis; Etapa 3: Remoção da maior parte do solvente; Etapa 4: Homogeneização do extrato num solvente polar renovável; Etapa 5: Separação de fases.

2. “Processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrado em azadriachtin a, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem)” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as sementes são pre- processadas por um ou mais dos processos de descascamento, esmagamento ou trituração; preferencialmente as sementes são trituradas com casca para um tamanho de partícula entre mesh 4 e mesh 140, sendo mais vantajoso um tamanho de partícula entre mesh 10 e mesh 20.

3. “Processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrado em azadriachtin a, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem)” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a extração é realizada com um solvente do grupo [etanol; acetato de etila].

4. “Processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrado em azadriachtin a, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem)” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o etanol contém 0 - 20 % de água, preferencialmente 0-5% de água.

5. “Processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrado em azadriachtin

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2/3 а, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem)” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a extração é realizada em temperatura ambiente e pressão atmosférica.

б. “Processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrado em azadriachtin a, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem)” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a remoção do solvente é realizada por evaporação.

7. “Processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrado em azadriachtin a, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem)” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a remoção do solvente é realizada sobre pressão reduzida.

8. “Processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrado em azadriachtin a, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem)” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a remoção do solvente é incompleta ou completa, preferencialmente incompleta.

9. “Processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrado em azadriachtin a, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem)” de acordo com as reivindicações 1 e 8, caracterizado pelo fato de que uma quantidade de solvente permanece junto ao extrato que corresponde até 100% do peso do extrato totalmente seco, preferencialmente até 50% do peso do extrato totalmente seco.

10. “Processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrado em azadriachtin a, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem)” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o solvente removido por evaporação é recuperado por um processo de condensação.

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11. “Processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrado em azadriachtin a, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem)” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o extrato, contendo a quantidade reduzida de solvente de extração ou não, é homogeneizado com solvente polar renovável.

12. “Processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrado em azadriachtin a, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem)” de acordo com as reivindicações 1 e 11, caracterizado pelo fato do solvente polar renovável ser um ou dois solventes do grupo [glicerol, água], preferencialmente uma combinação dos dois.

13. “Processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrado em azadriachtin a, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem)” de acordo com as reivindicações 1, 11 e 12, caracterizado pelo fato do solvente polar renovável ser composto de glicerol e água numa relação entre 90:10 até 10:90, preferencialmente entre 70:30 e 30:70.

14. “Processo de obtenção de extrato seco e hidrossolúvel, concentrado em azadriachtin a, a partir de sementes da espécie azadirachta indica (neem)” de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de separar a fase polar por um método mecânico.