BRPI0614917A2 - proceso para a obtenção de um concentrado natural, rico em hidroxitirosol, a partir de resìduos de oliveiras e de subprodutos, utilizando tecnologias limpas - Google Patents

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Morgado Marques Nunes Ana Vital
Crespo Joao Paulo Serejo Goulao
Magalhaes Nunes Da Ponte Manuel Luis De
Dos Santos Jose Luis Cardador
Duarte Catarina Maria Martins
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Magalhaes Nunes Da Ponte Manuel Luis De
Dos Santos Jose Luis Cardador
Matias Ana Alexandra Figueiredo
Morgado Marques Nunes Ana Vital
Crespo Joao Paulo Serejo Goulao
Duarte Catarina Maria Martins
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Abstract

PROCESSO PARA A OBTENçãO DE UM CONCENTRADO NATURAL, RICO EM HIDROXITIROSOL, A PARTIR DE RESìDUOS DE OLIVEIRAS E DE SUBPRODUTOS, UTILIZANDO TECNOLOGIAS LIMPAS. A presente invenção refere-se a um processo para a obtenção de um concentrado natural, bioativo, rico em hidroxitirosol, a partir de resíduos de oliveiras e de subprodutos, utilizando tecnologias limpas. Estas tecnologias compreendem a extração por um fluido supercrítico, a nanofiltração e a osmose inversa, que são utilizadas individualmente ou num modo integrado. O extrato natural compreende uma concentração mínima de 15% (fração mássica) de hidroxitirosol e uma concentração máxima de 98% (fração mássica) deste composto. O concentrado rico em hidroxitirosol exibe atividades antioxidante, anti- microbiana, anti-inflamatória e anticarcinogénica, que são superiores às atividades observadas para o hidroxitirosol isolado, em concentração equivalente, O concentrado rico em hidroxitirosol pode ser preparado na forma de partículas sólidas, como uma solução aquosa, em emulsão ou como nanopartículas de base lipídica. A aplicação industrial compreende as indústrias alimentar, farmacêutica e cosmética.

Description

proceso para a obtenção de um concentrado natural, rico emhidroxitirosol, a partir de resíduos de oliveiras ede subprodutos, utilizando tecnologias limpas
Objeto e campo da invenção
A presente invenção refere-se a um processo para aobtenção de um concentrado natural, bioativo, a partir deresíduos de oliveiras e de subprodutos, utilizandotecnologias limpas. Estas tecnologias compreendem aextração com fluidos supercríticos, a nanofiltração e aosmose inversa. Em particular, a invenção fornece umextrato de azeitona contendo hidroxitirosol, e um processopara a sua obtenção.
O concentrado rico em hidroxitirosol tem um valoracrescentado importante como antioxidante, antimicrobiano,anti-inflamatório e anticarcinogénico. A aplicaçãoindustrial compreende as indústrias alimentar, farmacêuticae de cosméticos.
Antecedentes da invenção
Ao longo dos últimos anos, alguns estudos epidêmicostêm vindo a correlacionar a dieta mediterrânica com a baixafreqüência de doenças cardíacas, aterosclerose e tiposdefinidos de cancro. Uma característica particular da dietamediterrânica é a utilização de azeite, consumidodiretamente ou usado em culinária (Visioli et al. , 2002;Owen et al., 2000).
Estudos referentes a compostos bifenólicos presentesnas azeitonas e nas folhas de oliveira levaram osinvestigadores a reconhecer as suas propriedadesbiológicas, que também estavam associadas com aspropriedades saudáveis positivas do azeite. Porconseguinte, os compostos bioativos presentes nas azeitonase no azeite foram reconhecidos como importantes alvos paraas indústrias farmacêutica e alimentar (Schieber et al. ,2001) . No entanto, 98% destes compostos bifenólicosperdiam-se durante a produção do azeite e permaneciam naágua de vegetação e/ou nos resíduos sólidos resultantes doprocessamento das azeitonas (Rodis et al., 2002).
Os compostos presentes em concentrações elevadas nosresíduos sólidos são secoiridóides glicosilados, ao passoque na água de vegetação os compostos com concentraçõesmais elevadas são derivados de secoiridóides,maioritariamente hidroxitirosol e oleoeuropeína (Mullinacciet al., 2001).
Foram estudadas as propriedades dos resíduos sólidosobtidos durante a produção do azeite, assim como dosextratos obtidos a partir dos mesmos (Visioli et al. ,1999) ; em particular, foi demonstrada a sua actividadeantibacteriana (Ramos-Cormenzana et al. , 1996), que foiassociada à presença de oleoeuropeína e hidroxitirosol;este último composto foi salientado como sendo o compostocom a mais elevada bioatividade (Bisignano et al., 1999).
0 hidroxitirosol também foi apontado como um potenteagente quimiopreventivo (Manna et al. , 2000), e foiconsiderado como o componente presente nos resíduos doazeite com a mais alta potência anti-oxidante. As primeiraspropriedades reconhecidas do hidroxitirosol foram a suacapacidade para impedir a oxidação da lipoproteína de baixadensidade (LDL) (Visioli e Galli, 1998) e a agregação dasplaquetas sangüíneas (Petroni et al. , 1995). Mana et al.(2000) demonstraram que este composto é capaz de protegervários sistemas celulares humanos da toxicidade induzidapor espécies oxigenadas reactivas. Foi também investigada acapacidade do hidroxitirosol para induzir modificações doADN (Aruoma et al., 1999 e Deima et al., 1999).
Visioli et al. (2000) também demonstraram que,consoante a dosagem, este composto bifenólico é bemabsorvido pelos humanos, sendo excretado na urina comoglucuronatos conjugados.
Atualmente, o azeite é produzido exclusivamenteutilizando-se processos mecânicos e físicos, que consistemna prensagem do fruto (polpa e caroços) até à obtenção deuma pasta homogênea, que é depois processada por separaçãode fases.
O passo de separação de fases tradicional utilizaprensas hidráulicas, que têm sido substituídas porcentrifugação contínua. 0 processo contínuo é tambémdenominado processo em três fases, no qual são obtidos comoprodutos finais azeite, água de vegetação e bagaço daazeitona, ou como processo em duas fases, no qual ascorrentes de produtos finais são azeite e bagaço deazeitona.
No sistema em três fases é adicionada água à pasta deazeitona e esta mistura é depois tratada numa centrífugahorizontal, na qual a fase sólida é separada do mostooleoso. Este mosto é depois processado por uma centrífugavertical, na qual o azeite é separado da água de vegetação.
O processo mais comum atualmente é o processo em duasfases, visto envolver um menor consumo de água. Porconseqüência, produz uma menor quantidade de água residual.Este processo utiliza centrífugas de duas fases, queseparam o azeite e o bagaço de azeitona. 0 bagaço deazeitona é um resíduo semi-sólido, com a aparência de umalama.
Têm sido publicadas diversas patentes, que apresentammétodos para a recuperação dos compostos fenólicos a partirdos resíduos da oliveira. A Patente dos E.U.A. n.°361 8 03 descreve um processo para a recuperação decompostos antioxidantes a partir de resíduos de azeitona.Este processo consiste numa extração preliminar com umsolvente aquoso, sendo o extrato produzido usado paraalimentar uma coluna de adsorção, a fim de reter oscompostos com interesse. Estes compostos são recuperadossubseqüentemente eluindo-se um solvente orgânico através dacoluna de adsorção. A patente dos E.U.A. η. ° 6 849 770descreve um processo para a recuperação de hidroxitirosolatravés de um processo cromatográfico que utiliza metanolou misturas de água/etanol como solventes de eluição.
A Patente WO 0218310 descreve um processo de obtençãode uma composição rica em hidroxitirosol a partir da águade vegetação, utilizando-se um método patenteadoanteriormente (Patente dos E.U.A. η.° 5 490 884), conhecidopor Porocrit. A extração dos compostos pretendidos a partirda água de vegetação é conseguida utilizando-se fluidossupercríticos, tais como dióxido de carbono, e membranasporosas em vez de colunas de contacto. Em vez de dispersaras fases, o líquido é alimentado continuamente através demembranas porosas de polipropileno, configuradas na formade feixes de fibras ocas ou de folhas enroladas em espiral.O líquido passa através das membranas porosas dentro de ummódulo pressurizado, enquanto o dióxido de carbonosupercrítico flúi em contra-corrente do outro lado damembrana. É importante notar, de acordo com os autoresdesta patente, que a pressão no módulo é essencialmente amesma, de forma que a extração é provocada pelo gradientede concentração entre o liquido e o dióxido de carbonosupercrítico, e não por um gradiente de pressão entre osdois lados da membrana. 0 extrato pode ser recuperadovaporizando-se o dióxido de carbono para reciclagem.Adicionalmente, a Patente dos E.U.A. n.° 5 714 150 descreveum processo para a extração de oleuropeína das folhas daoliveira, utilizando-se misturas de água/etanol.
A utilização de processos de filtração através demembranas e a sua integração com outras técnicas, tais comocentrifugação, tem sido relatada por grupos deinvestigação, tendo em vista desenvolver processos para otratamento de águas residuais de moinhos de azeitonas.
O processo apresentado no Documento WO 0218310 diferedo processo da presente invenção principalmente porque nãoinclui uma operação de osmose inversa, estando estaoperação compreendida no segundo passo da presenteinvenção. Outro aspecto que distingue este processo é ofato de a pressão, nos dois lados opostos da membrana, seressencialmente a mesma, de forma que a extração é provocadapelo gradiente de concentração ente o líquido e o dióxidode carbono supercrítico e não por um gradiente de pressãoentre os dois lados da membrana. Consequentemente, oproduto obtido pelo processo descrito no Documento WO0218310 é substancialmente diferente do extrato obtido deacordo com o processo da presente invenção, o qual, muitopreferivelmente, exclui compostos com um peso molecularacima de 3 00 Da.
Drouiche et al. (2004) descrevera a utilização deultrafiltração para remover as partículas e os compostosorgânicos da água de vegetação. 0 trabalho publicado porTurano et al. (2002) descreve um processo que integra acentrifugação e a ultrafiltração para o tratamento da águade vegetação. Neste processo integrado, a centrifugaçãopermite remover a fração de sólidos em suspensão,protegendo a membrana de ultrafiltração de problemas gravesde obstrução causados por estas partículas.
DellaGreca et al. (2001 e 2004) relatam um métodoanalítico desenvolvido para a caracterização da água devegetação. Este método envolve o fracionamento da água devegetação, a fim de se obterem componentes individuaisisolados presentes na água. É utilizada para este fim umasérie de técnicas com membranas.
O Documento US 2003/0108651 refere-se a um processodiferente do processo descrito na presente invenção,nomeadamente porque não inclui uma operação de osmoseinversa, que está incluída no segundo passo da presenteinvenção. Como conseqüência da utilização de processosdiferentes, o extrato complexo obtido de acordo com oprocesso da presente invenção é diferente do produto obtidopelo processo descrito no Documento US 2003/0108651, quedescreve que o método compreende o fracionamento da água devegetação incubada, para separar o hidroxitirosol de outroscomponentes. Adicionalmente, este processo utiliza, para ofracionamento e a separação do hidroxitirosol, a incubaçãoda água de vegetação com um solvente orgânico, nomeadamenteo acetato de etilo, e compreende ainda a purificação dohidroxitirosol por cromatografia. Pelo contrário, apresente invenção não compreende a separação dohidroxitirosol nem a sua purificação por cromatografia oupor qualquer outro meio, uma vez que a sua finalidade éobter um extrato biológico, que compreende o hidroxitirosole outros compostos bioativos.
A Patente EP 1 623 960 Al descreve um processo para otratamento das águas residuais de moinhos de azeite,permitindo a recuperação de tirosol e hidroxitirosolaltamente puros. A fim de se obter o referido produto, esteprocesso utiliza técnicas de membranas. Adicionalmente, ocomposto tirosol recuperado das águas residuais de moinhosde azeite é convertido cataliticamente no hidroxitirosol.Por conseguinte, este processo visa a obtenção de compostosaltamente puros, em vez de extratos naturais complexos desubprodutos do azeite.
Skaltsounis, L. et al. (PR0JECT0 MINOS "Desenvolvi-mento de um processo para uma gestão integrada de resíduosde moinhos de azeitonas, recuperando antioxidantes naturaise produzindo fertilizante orgânico) descreve um processo deadsorção, uma vez que utiliza uma resina para capturarpolifenois das águas residuais de moinhos de azeite. Ospolifenois capturados no meio de resina são, porconseguinte, recuperados por utilização de um solventeorgânico. Além disso, estes polifenois são recuperadostermicamente do solvente orgânico utilizado e separados porcromatografia. As nanofiltração/osmose inversa sãoreferidas neste projeto como uma forma de para tratar oefluente de descarga de resina e salmoura, que é rico emsais minerais (contra-iões do material da resina) , mas nãocontém polifenois. Assim, o processo mencionado acima écompletamente diferente do processo descrito na presenteinvenção, devido à utilização daquela resina para isolar ospolifenois das águas residuais de moinhos de azeite, em vezda utilização de um processos em dois passos, que consistena extração dos compostos biológicos por meio de uma colunade extração por fluido supercrítico ou de uma unidade denanofiltração, e utilizar em seguida uma unidade de osmoseinversa para se obter um extrato biológico contendohidroxitirosol.
Não existe qualquer processo, recorrendo a tecnologiaslimpas, capaz de remover, dos resíduos da azeitona, umextrato natural complexo rico em hidroxitirosol e contendooutros compostos bioativos com propriedades desejáveis,assegurando simultaneamente a rejeição de compostos compeso molecular mais elevado e com propriedades biológicasprejudiciais.
Existem comercialmente, como suplementos dietéticos,concentrados ricos em hidroxitirosol. Um destes produtos éproduzido de acordo com o processo patenteado WO 0218310,anteriormente referido. É ali dito que este concentradopode ser utilizado na agricultura como um agente naturalantibacteriano, antiviral e antifúngico, bem como como umagente terapêutico ou aditivo alimentar.
De fato, foram realizados estudos a fim de se compararo resultado do processo apresentado no Documento WO0218310, um produto comercial designado por Hydrox®,Creagi, e o extrato obtido pelo processo da presenteinvenção. Ambos os produtos foram ensaiados, quanto àcitotoxicidade, sobre a linha de células CACO-2 (cólonhumano), e quanto à atividade anti-proliferativa sobre alinha de células de cancro do cólon humano HT-29. Osresultados mostram que ambos os extratos são nãocitotóxicos para a linha de células CACO-2 (cólon humano).
No entanto, o efeito inibidor de proliferação do extratonatural produzido pela presente invenção sobre a linha decélulas de cancro humano ensaiada, é superior (110% maiselevado para concentrações de polifenois acima de 200 mg/L)à atividade biológica exibida pelo produto obtido de acordocom o processo descrito no Documento WO 0218310.
Além disso, a presente invenção utiliza como matéria-prima qualquer tipo de resíduo de oliveira, incluindoresíduos sólidos, e não visa o isolamento do hidroxitirosolem si mesmo, mas antes a obtenção de um extrato complexorico neste composto, compreendendo também outros compostosbioativos.
Breve descrição da invenção
A presente invenção refere-se a um processo para aobtenção de um concentrado natural, bioativo, rico emhidroxitirosol, obtido a partir de resíduos de oliveiras ede subprodutos, utilizando tecnologias limpas,compreendendo um dos seguintes passos: (a) o fornecimentode uma corrente líquida contendo hidroxitirosol e outroscompostos bioativos da oliveira a uma coluna de extraçãopor um fluido supercrítico, na qual os referidoshidroxitirosol e compostos bioativos são recuperados parauma corrente de extrato, ou (b) o fornecimento de umacorrente fluida contendo hidroxitirosol e outros compostosbioativos da oliveira a uma unidade de nanofiltração, naqual os referidos hidroxitirosol e outros compostosbioativos são recuperados na corrente de permeado dareferida nanofiltração, que são seguidos pelo passo (c) ,que consiste em fornecer a corrente de extrato da referidacoluna de extração com fluido supercrítico ou a corrente depermeado da referida operação de nanofiltração aocompartimento de alimentação de uma unidade de osmoseinversa, na qual os referidos hidroxitirosol e compostosbioativos são retidos e concentrados e concentrados nacorrente de fração retida.
O extrato natural compreende uma concentração mínimade 15% (fração mássica) de hidroxitirosol e umaconcentração máxima de 98% (fração mássica) deste composto.
O concentrado rico em hidroxitirosol exibe actividadesantioxidante, antimicrobiana, anti-inflamatória eanticarcinogénica, que são superiores às atividadesobservadas para o hidroxitirosol isolado, em concentraçãoequivalente. O concentrado rico em hidroxitirosol pode serpreparado na forma de partículas sólidas, como soluçãoaquosa, em emulsão ou como nanopartículas de base lipídica.A aplicação industrial compreende as indústrias alimentar,farmacêutica e cosmética.
Breve descrição dos desenhos
Para complementar a presente descrição, e com afinalidade de auxiliar um melhor entendimento dascaracterísticas da invenção, será feita uma descriçãopormenorizada de uma forma de realização preferida, baseadanum conjunto de desenhos que são anexados à presenteespecificação e nos quais a descrição que se segue estárepresentada com um caráter ilustrativo e não limitativo:a figura 1 mostra a estrutura química de alguns doscompostos fenólicos presentes nos resíduos em duas fases;
a figura 2 mostra um diagrama esquemático do processointegrado, que foi utilizado na variante de realização doprocesso que é objeto da presente invenção;
a figura 3 mostra os cromatogramas obtidos porcromatografia líquida de: (a) um concentrado rico obtidopor extração supercrítica; (b) a correspondente soluçãode alimentação. Além do hidroxitirosol, é notória apresença no extrato, entre outros, de luteolina e deácidos hidroxicinâmicos, tais como o ácido cafeico e oácido p-cumárico;
a figura 4 mostra uma comparação entre os cromatogramasobtidos por cromatografia líquida de: (a) um extratoaquoso, obtido por lixiviação de um bagaço de azeitonacom água à temperatura ambiente, que alimenta o processode nanofiltração, (b) a corrente de concentrado obtidapor nanofiltração/osmose inversa. É notório o aumento daconcentração de hidroxitirosol e de tirosol na correnteproduzida por nanofiltração/osmose inversa;
a figura 5 mostra o efeito antibacteriano do extratorico em hidroxitirosol obtido por nanofiltraçãointegrada/osmose inversa. A cultura bacteriana era deEhrlichia ruminantum;
a figura 6 mostra o efeito do extrato rico emhidroxitirosol obtido por nanofiltração integrada/osmoseinversa como um agente capaz de reduzir a proliferação decélulas cancerígenas. As células usadas neste exemplo sãoda linha de células HT 2 9 (células do adenocarcinomaeólico humano).Descrição pormenorizada da invenção
A presente invenção refere-se a um processo para aobtenção de um concentrado natural bioativo, rico emhidroxitirosol, a partir de resíduos de oliveiras e desubprodutos, utilizando tecnologias limpas. Estastecnologias compreendem a extração com fluidossupercríticos, a nanofiltração e a osmose inversa, que sãoempregues individualmente ou num modo integrado.Utilizando-se este processo, um ou mais solutos bioativos,presentes nos resíduos da oliveira e nos subprodutos, sãorecuperados no extrato. As estruturas químicas de algunsdestes compostos estão representadas na figura 1.
Os resíduos da oliveira e os subprodutos incluem: i)águas de vegetação e resíduos sólidos de moinhos deazeitonas que trabalham de acordo com o processo em trêsfases; ii) resíduos semi-sólidos dos moinhos de azeitonas,que trabalham de acordo com o processo em duas fases; iii)caroços de azeitonas e folhas de oliveira.
A figura 2 mostra um diagrama esquemático do processointegrado, que foi utilizado na forma de realização doprocesso que constitui o objeto da presente invenção. Estafigura compreende as seguintes operações: extração comsolventes biocompatíveis, recuperação seletiva do soluto ousolutos bioativos utilizando-se a extração com fluidosupercrítico, ou a nanofiltração, e a osmose inversa. 0primeiro passo consiste no tratamento dos resíduos sólido esemi-sólido da oliveira (A) por extração com água ou comoutros solventes biocompatíveis (B) , tais como misturashidroalcoólicas. O extrato resultante pode ser enviadodiretamente para a unidade de extração com fluidosupercrítico (I) ou para a unidade de nanofiltração (E) ,ou, em alternativa, pode ser misturado com as águas devegetação dos moinhos de azeitonas e centrifugado (D) , afim de se removerem as partículas e outros sólidos emsuspensão. Neste último caso, o sobrenadante da centrífugaé enviado para a unidade de extração com fluidosupercrítico (I) ou para a unidade de nanof iltração (E) . Aoperação de nanofiltração separa o hidroxitirosol e outroscompostos bioativos com os compostos de baixo pesomolecular, que são recuperados na corrente de permeadoproduzida, dos compostos com peso molecular superior, quesão retidos na corrente da fração retida. A fim de aumentara concentração do hidroxitirosol e dos outros compostosbioativos presentes no permeado, esta corrente pode serenviada a uma unidade de osmose inversa (F). Esta operaçãoproduz uma corrente de fração retida, rica em hidroxi-tirosol e nos outros compostos bioativos com interesse (G),e uma corrente aquosa (H), que pode ser reutilizada nopasso de extração (B) ou descartada no meio ambiente. Oprocesso de extração supercrítica compreende uma coluna deextração supercrítica (I), onde são recuperados o hidroxi-tirosol e os outros compostos bioativos, e são separadosdos outros componentes da corrente de alimentação. Acorrente rica em hidroxitirosol e nos outros compostosbioativos pode ser então encaminhada para uma unidade deosmose inversa (J), a fim de aumentar a sua concentração.
Esta operação produz uma corrente de fracção retida rica emhidroxitirosol e nos outros compostos bioativos deinteresse (L), e uma corrente aquosa (M), que pode serreutilizada no passo de extração (B) ou descartada noambiente.
A fim de se projetar um processo que permita umarecuperação efetiva dos compostos bioativos com interesse,com altos rendimentos e elevada seletividade, é necessáriodefinir as condições ótimas para a integração dosdiferentes passos envolvidos. Esta integração envolve aseleção de um solvente adequado e biocompatível para aextração, e a seleção das condições de operação da unidadede extração com fluido supercrítico e dos passos denanofiltração e osmose inversa.
Os fluidos supercriticos são gases à temperaturaambiente e à pressão atmosférica, ou líquidos muitovoláteis, que se tornam muito densos acima das suas pressãoe temperatura críticas. As suas propriedades situam-seentre as de um gás e de um líquido, resultando numa maiorcapacidade para dissolver compostos. A sua massa específicarelativamente elevada, próxima da massa específica doslíquidos e, simultaneamente, a alta difusibilidade e baixaviscosidade, semelhantes às dos gases, permitem-lhesextrair compostos mais rapidamente do que os solventeslíquidos convencionais. Adicionalmente, o seu poder desolvatação pode ser facilmente ajustado por variação datemperatura e da pressão, o que os torna particularmenteapropriados para o fracionamento seletivo de extratos.
a extração dos solutos visados a partir das matérias-primas líquidas, utilizando a extração com fluidos super-críticos é realizada numa coluna que promove o contactoentre os líquidos supercríticos e a matriz líquida. Amistura líquida é enviada continuamente ao topo da colunapor meio de uma bomba e a alimentação com o líquidosupercrítico é realizada na base da coluna, por meio de umcompressor. 0 líquido supercrítico e os solutos extraídos,recuperados do líquido da alimentação, abandonam a colunapor uma saída no topo. Os solutos são recuperados numciclone por expansão do fluido supercrítico até 6 MPa; ofluido supercrítico é novamente comprimido e reutilizado denovo na coluna. A pressão no interior da coluna écontrolada por uma válvula pneumática localizada antes dociclone. Esta coluna de extração supercrítica pode seralimentada diretamente com as águas de vegetação, mastambém pode trabalhar com extratos previamente obtidos porextração com solventes biocompatíveis, tais como água,etanol ou misturas destes solventes.
Na presente invenção, o passo de extração supercríticaé realizado num intervalo de temperaturas entre 3 0 0C e200 °C, preferivelmente entre 30°C e 80°C, e a pressões queoscilam desde 6 MPa até 40 MPa, preferivelmente entre 8 MPae 20 MPa.
Qualquer fluido ou mistura de fluidos no estadosupercrítico ou no estado líquido sub-crítico pode serutilizado para realizar o processo descrito na presentepatente. 0 fluido comprimido ou a mistura de fluidos têm,preferivelmente, que ser muito voláteis ou estar no estadogasoso em condições atmosféricas, a fim de tornar fácil asua recuperação por expansão e/ou evaporação depois de secompletar o passo de extração. Por razões de segurança, ofluido comprimido, ou a mistura destes fluidos, deverá sernão tóxica e não inflamável e tem que ser reciclável parautilização posterior.
A nanofiltração e a osmose inversa são técnicas deseparação através de membranas para o processamento decorrentes líquidas, em que a força responsável pelotransporte é a diferença de pressão efetiva entre oscompartimentos de alimentação (portanto, da fração retida)e do permeado. Uma correta seleção das membranas denanofiltração e de osmose inversa, e das condições deoperação do equipamento relacionado, permitem obter umtransporte seletivo do soluto ou solutos visados e dacorrente ou correntes de permeação relevantes.
As unidades de nanofiltração e de osmose inversaincluem um recipiente de alimentação, que contém a soluçãocom os solutos a ser recuperados. O conteúdo do recipientede alimentação é enviado, por meio de uma bomba centrífugaou de uma bomba de deslocação positiva, para o módulo oumódulos de nanofiltração ou de osmose inversa, quecompreendem um compartimento de alimentação/fração retida,a membrana escolhida através da qual o soluto ou solutosalvo são permeados, e um compartimento de permeado. 0permeado pode ser removido continuamente ou intermitente-mente. Depois do contacto com a membrana, a corrente defração retida pode ser reciclada para o recipiente dealimentação.
A corrente de matéria-prima consiste numa soluçãoaquosa ou hidroalcoólica. Esta solução pode ser água devegetação ou um extrato obtido durante o processamento dosresíduos de azeitona. Os solutos alvo a serem recuperadoscompreendem todos os tipos de solutos bioativos.
A corrente de matéria-prima tem, preferivelmente, queestar a uma temperatura inferior a 150°C, se foremempregues membranas poliméricas, mas pode ser tratada atemperaturas mais elevadas se forem utilizadas membranasestáveis à temperatura, tais como membranas cerâmicas oumetálicas.
As membranas para a nanofiltração e a osmose inversatêm que atuar como uma barreira seletiva, a fim de seevitar a permeação de componentes indesejáveis da matéria-prima, permitindo a permeação do soluto ou solutos com umabioatividade desejável. As membranas têm que tercaracterísticas que conduzam a um débito elevado do solutoou solutos visados e a um débito baixo ou nulo doscomponentes indesejáveis da matéria-prima.
A membrana pode ser polimérica ou inorgânica. Tambémpodem compreender materiais tanto poliméricos comoinorgânicos. No que se refere à sua estrutura, também podemser homogêneas ou compósitas; neste último caso podemincluir diversas camadas, constituídas por materiaisdiferentes e/ou com características morfológicasdiferentes. Cada uma destas camadas pode ter uma espessuradiferente.
No que se refere à sua natureza química, as membranaspodem apresentar um caráter hidrofóbico, significando quesão mais permeáveis às espécies químicas hidrofóbicas, istoé, a espécies químicas que apresentem um coeficiente deatividade infinita maior que a unidade em solução aquosa.
As membranas também podem apresentar um caráterhidrofílico, o que significa que são mais permeáveis à águado que a compostos orgânicos.
As membranas podem ter uma geometria plana ou tubulare podem estar dispostas num módulo de placa e armação, nummódulo enrolado em espiral, num módulo de fibras ocas, nummódulo capilar ou num módulo tubular.
A corrente de matéria-prima pode ser fornecida deforma contínua, semi-contínua ou por cargas. 0 módulo oumódulos de membranas podem estar submersos num ou em váriosrecipientes de matéria-prima, ou colocados exteriormente emrelação ao recipiente de matéria-prima. No caso de serutilizado mais do que um módulo de membrana, aqueles podemestar dispostos em série ou em paralelo.
Para estabelecer a força atuante necessária parapromover o transporte do soluto ou solutos através damembrana, é estabelecida uma diferença de pressão entre osdois compartimentos (de alimentação/fração retida e depermeado) do módulo ou módulos de membrana. 0 valor dadiferença de pressão absoluta deverá estar situado numintervalo de 0,5 MPa a 3,0 MPa, pref erivelmente nointervalo de 1,0 MPa a 1,5 MPa para a operação denanofiltração; na operação de osmose inversa o intervalo dadiferença de pressão absoluta situa-se entre 3 MPa e 8 MPa,preferivelmente no intervalo de 4 MPa a 6 MPa.
O concentrado natural rico em hidroxitirosol(correntes G e L na figura 2), obtido pelo processo dapresente invenção, contém uma fração mássica mínima de 15%de hidroxitirosol e uma fração mássica máxima de 98% destecomposto. A seleção das condições de operação e dascaracterísticas da membrana de nanofiltração, tais como, oseu nível de corte de peso molecular, permite permearseletivamente os compostos bioativos com as propriedadesdesejadas, assegurando simultaneamente a retenção decompostos com um peso molecular superior, que podem exibiruma atividade biológica prejudicial. Tendo em vista ofracionamento seletivo dos compostos bioativos presentes nacorrente de alimentação, o nível de corte de peso molecularda membrana de nanofiltração deverá ser inferior a 1000 Da,preferivelmente inferior a 400 Da, e muito preferivelmenteinferior a 3 00 Da. O valor do nível de corte de pesomolecular das membranas de nanofiltração é calculado pordeterminação da rejeição de solutos de referência, taiscomo, galactose ou sacarose, de soluções aquosas.
Os extratos concentrados contêm outros compostosbioativos além do hidroxitirosol, originalmente presentenas azeitonas ou nas folhes de oliveira, de acordo com omaterial de partida utilizado. A presença concomitante dehidroxitirosol e de outros compostos bioativos desejados,que resulta do processo da presente invenção, origina umasinergia entre eles que se reflete sobre a atividadebiológica global dos extratos concentrados. Comoconseqüência, estes concentrados ricos em hidroxitirosolexibem atividades antioxidante, antimicrobiana, anti-inflamatória e anticarcinogénica que são superiores àsatividades observadas para o hidroxitirosol isolado emconcentração equivalente.
0 concentrado rico em hidroxitirosol pode serpreparado na forma de um líquido, de um sólido ou de umaemulsão. A forma líquida refere-se a uma solução aquosa,que pode ser evaporada, liofilizada ou atomizada, a fim deproduzir partículas sólidas. Adicionalmente, podem serpreparadas diferentes formulações específicas, utilizando-se excipientes biocompatíveis e matrizes lipídicas, a fimde proteger a bioatividade dos compostos recuperados.
Em alternativa, o concentrado rico em hidroxitirosolpode ser preparado na forma de uma emulsão, a fim de tornarmais fácil a sua incorporação em diferentes produtos. Estasemulsões podem ser preparadas mediante a utilização deésteres de poliglicerol de ácidos gordos, ésteres deglicerol de ácidos gordos, lecitina, ou combinações destesemulsionantes. Estas formulações deverão ter uma fração emvolume entre 5% e 60% de hidroxitirosol, preferivelmenteentre 3 0% e 55%. Pode ser adicionado ácido cítrico a estasemulsões, a fim de as estabilizar.
As aplicações dos concentrados ricos em hidroxitirosolnas suas diversas formas de fornecimento incluem asindústrias alimentar, farmacêutica e cosmética.
Exemplos
Tendo em vista ilustrar a presente invenção, são dadosquatro exemplos da utilização da presente invenção. Estesexemplos não são restritivos.
Exemplo 1:
Produção de um concentrado rico em compostospolifenólicos, contendo hidroxitirosol, através de umprocesso integrado compreendendo a extração com solventesbiocompatíveis e o subseqüente fracionamento por extração
com fluido supercrítico
300 g de um resíduo semi-sólido, de um processo deprodução de azeite em duas fases, foram extraídos com 900mL de uma solução hidroalcoólica com uma relaçãovolumétrica de 90:10 (etanol:água). O extrato recuperadofoi centrifugado e o sobrenadante foi usado para alimentaruma coluna de extração com fluido supercrítico, com umenchimento estruturado fornecido por Sulzer; a coluna tinha4 m de altura, com um diâmetro interno de 4 cm. 0 líquidode alimentação foi extraído em contra-corrente com dióxidode carbono supercrítico. Foram recuperados da coluna 5 00 mlde extrato. Este extrato foi analisado por cromatografialíquida e o cromatograma correspondente é apresentado nafigura 3. Esta figura mostra os cromatogramas obtidos para:
(a) um concentrado rico, obtido por extração supercrítica;
(b) a correspondente solução de alimentação. Pode serobservado da figura 3 (a) que o pico correspondente aohidroxitirosol e aos seus derivados representa 35% da áreade todos os picos. Além do hidroxitirosol, é notória apresença no extrato, entre outros, de luteolina e de ácidoshidroxicinâmicos com alta atividade biológica, tais como oácido cafeico e o ácido p-cumárico.
Exemplo 2:
Produção de um concentrado rico em compostospolifenólicos, contendo hidroxitirosol, utilizando umprocesso integrado de nanofiltração/osmose inversa
250 mL de um extrato aquoso, obtido por lixiviação deum bagaço de azeitona com água à temperatura ambiente,foram usados para alimentar uma unidade de nanofiltração,onde foram processados a uma diferença de pressão absolutade 1 MPa. Foram obtidos 24 0 mL de permeado, com umrendimento de recuperação de hidroxitirosol de 70%. 0permeado obtido foi tratado posteriormente por osmoseinversa operada a 2,5 MPa. A fração retida resultante foicaracterizada por cromatografia líquida. A figura 4 mostraos cromatogramas obtidos para (a) o extrato aquoso quealimenta o processo de nanofiltração, e (b) a fração retidaconcentrada obtida depois do processo denanofiltração/osmose inversa descrito. É notório o aumentoda concentração de hidroxitirosol e de tirosol na correnteproduzida por nanofiltração/osmose inversa. A membrana denanofiltração era uma Desal DKi da General Electric, com umnível de corte de peso molecular de 250 Da. A membrana deosmose inversa era uma Filmtec SW 3 0 da Dow.
Exemplo 3:
Caracterização da atividade antimicrobiana de umextrato concentrado rico em hidroxitirosol, produzido pornanofiltração/osmose inversa
A atividade antimicrobiana de um extrato concentradorico em hidroxitirosol, obtido por nanofiltração/osmoseinversa, foi avaliada por adição de diferentesconcentrações deste extrato a culturas de células animaisinfectadas com a bactéria Ehrlichia ruminantum. A figura 5mostra que a percentagem de células bacterianas mortas seeleva até 80% depois da exposição ao extrato.
Exemplo 4:
Caracterização da atividade anticancerígena de umextrato concentrado rico em hidroxitirosol, obtido pornanofiltração/osmose inversa
A atividade anticancerígena de um extrato concentradorico em hidroxitirosol, obtido por nanofiltração/osmoseinversa integradas, foi avaliada por adição de diferentesconcentrações deste extrato a culturas de células doadenocarcinoma cólico humano (linha de células HT 29) . Afigura 6 mostra que a percentagem de células de cancroviáveis diminui para menos de 20% depois da exposição aoextrato.
Referências
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Claims (28)

1. Processo para a obtenção de um concentradonatural rico em hidroxitirosol, a partir de resíduos deoliveiras e de subprodutos, utilizando tecnologias limpas,caracterizado por compreender um dos seguintes passos: (a)o fornecimento de uma corrente líquida contendohidroxitirosol e outros compostos bioactivos da oliveira auma coluna de extração por fluido supercrítico, na qual osreferidos hidroxitirosol e outros compostos bioactivos sãorecuperados para uma corrente de extracto, ou (b) ofornecimento de uma corrente fluida contendo o referidohidroxitirosol e outros compostos bioactivos da oliveira auma unidade de nanofiltração, na qual os referidoshidroxitirasol e outros compostos bioactivos sãorecuperados na corrente de permeado da referidananofiltração, que são seguidos pelo passo (c), queconsiste em fornecer a corrente de extracto da referidacoluna de extracção com fluido supercrítico ou a correntede permeado da referida operação de nanofiltração aocompartimento de alimentação de uma unidade de osmoseinversa, na qual os referidos hidroxitirosol e outroscompostos bioactivos são retidos e concentrados na correnteda fracção retida.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que os compostos bioactivosfornecidos ã corrente líquida compreendem pelo menoshidroxitirosol, luteolina e ácidos hidroxicinâmicos,preferivelmente ácido cafeico e ácido p-cumárico.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que os compostos bioactivosretidos e concentrados na fracção retida da corrente deosmose inversa compreendem pelo menos hidroxitirosol,luteolina e ácidos hidroxi-cinâmicos, preferivelmente ácidocafeico e ácido p-cumárico.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a matéria-prima compreendeáguas de vegetação, resíduos sólidos ou semi-sólidosresultantes da produção de azeite, e outros subprodutos daoliveira, tais como caroços de azeitonas e folhas deoliveira.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que os referidos resíduossólidos ou semi-sólidos e subprodutos são previamentetratados por extracção à temperatura ambiente com solventesbiocompatíveis, tais como água, etanol ou misturas destesdois solventes em toda a gama de composições, antes dotratamento por extracção com fluidos supercríticos ou pornanofiltração.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o processo de extracçãosupercrítica é realizado numa coluna com enchimentoalimentada com uma matéria-prima líquida e no qual o fluidosupercrítico é, preferivelmente, dióxido de carbonosupercrítico.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 6,caracterizado pelo fato de que a coluna de extracção comfluido supercrítico é alimentada no topo com uma matéria-prima líquida, que consiste em águas de vegetação ou emextractos líquidos aquosos, alcoólicos ou hidro-alcoólicosobtidos no tratamento dos resíduos da oliveira e desubprodutos.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que o processo de extracção comfluido supercritico é realizado numa coluna operada a umapressão no intervalo desde 6 MPa até 4 0 MPa,preferivelmente no intervalo desde 8 MPa até 20 MPa, e auma temperatura entre 300C e 200°C, preferivelmente entre 30 ° C e 80 ° C.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a unidade de nanofiltração éalimentada com uma matéria-prima líquida, que consiste emáguas de vegetação ou em extractos líquidos aquosos,alcoólicos ou hidroalcoólicos obtidos pelo tratamento deresíduos da oliveira e de subprodutos, ou por extractosproduzidos por extracção com fluidos supercríticos.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que a unidade de nanofiltração éoperada a uma diferença de pressão absoluta entre ocompartimento de alimentação/fracção retida e ocompartimento de permeado no intervalo de 0,5 MPa a 3,0MPa, pref erivelmente no intervalo de 1,0 MPa a 1,5 MPa, eno qual a unidade de osmose inversa é operada a umadiferença de pressão absoluta no intervalo de 3 MPa a 8MPa, preferivelmente no intervalo de 4 MPa a 6 MPa.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que a membrana de nanofiltraçãotem um nível de corte de peso molecular menor do que 1000Da, de preferência menor do que 400 Da, maispreferivelmente menor do que 3 00 Da, sendo o nível de cortede peso molecular determinado em soluções aquosasutilizando solutos modelo.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que as membranas denanofiltração e de osmose inversa são homogêneas oucompósitas, sendo poliméricas ou inorgânicas oucompreendendo materiais tanto poliméricos como inorgânicos.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de que a referida membrana tem umageometria plana ou uma geometria tubular, estando dispostanum módulo de placa e armação, num módulo enrolado emespiral, num módulo de fibras ocas, num módulo capilar ounum módulo tubular.
14. Processo, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato de que são utilizados um ou maismódulos, dispostos em série ou em paralelo.
15. Processo, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que o - pelo menos um - módulode membrana está submerso num ou mais recipientes dematéria-prima, ou está colocado externamente em relação ao- pelo menos um - recipiente de matéria-prima.
16. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que utiliza um ou maisrecipientes de matéria-prima que têm ambientes controláveisindependentemente.
17. Processo, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de que os parâmetros controláveisdo - pelo menos um - recipiente de matéria-prima são atemperatura, a pressão e o pH.
18. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 ou 17,caracterizado pelo fato de que a corrente de matéria-primaalimenta o - pelo menos um - módulo de membrana num modocontínuo, semi-contínuo ou por cargas.
19. Utilização do processo de qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13,-14, 15, 16, 17 ou 18, caracterizado pelo fato de ser parase obter um concentrado natural rico em hidroxitirosol, quecontém pelo menos hidroxitirosol, luteolina e ácidoshidroxicinâmicos, preferivelmente ácido cafeico e ácido p-cumárico.
20. Processo, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de ser para se obter um concentradonatural rico em hidroxitirosol que contém um mínimo de 15%de hidroxitirosol, em fracção mássica, e um máximo de 98%de hidroxitirosol, em fracção mássica.
21. Concentrado natural rico em hidroxitirosol,susceptível de obtenção pelo processo das reivindicações 1,-2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 ou-18, caracterizado pelo fato de que contém pelo menoshidroxitirosol, luteolina e ácidos hidroxicinâmicos,preferivelmente ácido cafeico e ácido p-cumárico.
22. Concentrado natural rico em hidroxitirosol,de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fatode que contém um mínimo de 15% de hidroxitirosol, emfracção mássica, e um máximo de 98% de hidroxitirosol, emfracção mássica.
23. Concentrado natural rico em hidroxitirosol,de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 ou 22,caracterizado pelo fato de que apresenta actividadesbiológicas, nomeadamente actividades antioxidante,antimicrobiana, anti-inflamatória e anticarcinogénica.
24. Concentrado natural rico em hidroxitirosol,de acordo com qualquer uma das reivindicações 21, 22 ou 23,caracterizado pelo fato de que apresenta actividadesbiológicas superiores às actividades observadas para ohidroxitirosol isolado, em concentração equivalente.
25. Concentrado natural rico em hidroxitirosol,de acordo com qualquer uma das reivindicações 21 ou 22,caracterizado pelo fato de que o referido concentrado épreparado na forma de um líquido, de um sólido, de umasolução aquosa, de uma emulsão ou de nanopartícuias de baselipídica, para permitir a sua incorporação em matrizeslíquidas e sólidas, com carácter hidrofílico ou lipofíIico.
26. Utilização do concentrado natural rico emhidroxitirosol, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 21, 22, 23, 24 ou 25, caracterizado pelofato de que o referido concentrado é utilizado na indústriaalimentar.
27. Utilização do concentrado natural rico emhidroxitirosol, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 21, 22, 23, 24 ou 25, caracterizado pelofato de que o referido concentrado é utilizado na indústriafarmacêutica.
28. Utilização do concentrado natural rico emhidroxitirosol, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 21, 22, 23, 24 ou 25, caracterizado pelofato de que o referido concentrado é utilizado na indústriade cosméticos.
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