BRPI0718536A2 - Processo para a extração de licopeno - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA A EXTRAÇÃO DE LICOPENO".

A presente invenção refere-se ao campo dos extratos naturais, em particular extratis vegetais. Mais em particular, a presente invenção pro- vê um processo para extração de Iicopeno a partir de subprodutos oriundos da indústria de processamento de tomate.

Antecedentes da Invenção

Licopeno é um caratenóide insaturado de cadeia aberta que dá a cor vermelha típica a tomates e outros vegetais.

O dito composto tem propriedades antioxidantes interessantes

que pode torná-lo capaz de contrastar os efeitos nocivos de radicais livres sobre o corpo humano, uma vez que ele se acumula no fígado, pulmão, próstata, cólon e pele e sua concentração nos ditos tecidos é mais alta do que outros carotenóides.

Sua atividade antioxidante é explorada em várias aplicações te-

rapêuticas, como, por exemplo, doenças cardiovasculares, alguns tipos de tumor, como câncer de próstata (Giovannucci e outros, J. Nat. Cancer Inst., 87: 1767-1776 (1995); Clinton e outros, Nutr. Rev.,56:35-51 (1998)). Além do mais, Iicopeno é em geral usado no campo nutriconal e na indústria cos- mética.

Portanto, a indústria de extratos naturais fortemente necessita esse produto e exige um processo de extração conveniente e eficaz para se obter um produto tendo características adequadas.

Subprodutos de tomate são uma fonte importante de licopeno. A atenção particularmente refere-se a cascas que constituem a fração prin- cipal do subproduto inteiro.

Dependendo do processo de trabalho (tomates descacados, concentrados, polpas, etc.) o teor das cascas do subproduto úmido pode ser de 45 a 65%. Concentração de licopeno totalmente é mais alta nas cascas, quase 5 vezes do que na fruta, cascas são um material de partida perfeito para a produção de licopeno.

Na revisão da literatura e da documentação de patente técnica- científica, apenas poucos documentos que se referem a extração de licope- no a partir de cascas de tomate foram econtrados.

Processos adequados são aqueles que extraem licopeno a par- tir da fruta inteira ou seus derivados.

Os ditos processos podem ser classificados como extração de

solvente orgânico e extração de fluido supercrítica.

Nos últimos anos, extração supercrítica (usualmente CO2 su- percrítico em todas as aplicações) se torna muito importante na indústria alimentícia e farmacêutica. A dita tecnologia pode ser adequada aplicada a 10 extração de licopeno a partir de matriz de vegetal, incluindo cascas de toma- te, uma vez que dióxido de carbono é totalmente inerte e o produto final está sem contaminação a partir do solvente.

Os dados disponíveis, oriundos de testes de laboratório ou plan- ta piloto, não levam a resultados definidos da eficácia real de extração su- PercriticadeCO2.

Os custos do processo industrial são totalmente altos, por cau- sa das condições de operação severas (temperatura e pressão) e o uso compulsório de um cossolvente.

Cossolventes que podem remarcadamente aumentar o rendi- mento de extração são acetona, metanol, etanol, óleos vegetais (óleo de soja, óleo de girassol, óleo de avelã).

Uma outra limitação dos processos de extração supercríticos é a isomerização provável de (a partir da forma trans até cis).

Finalmente, o uso de matéria-prima com altos níveis de umida- de, isto é, subprodutos de tomate, poderiam exigir etapas adicionais para reduzir o teor de água.

Na indústria alimentícia, a extração com solventes orgânicos é um método bem conhecido.

A dita tecnologia permite o tratamento de subprodutos como tais, por processos de separação e purificação de cobimbinação convenien- te bem estabelecidos (evaporação sob vácuo, cristalização, separação cro- matográfica ou de membrana) a fim de se obter licopeno com a pureza de- sejada.

Um aspecto crítico da extração com um solvente é a seleção do solvente, que deve pertencer às classes de compostos que são permitidas no campo alimentício e dão rendimento de extração suficientemente alto, a fim de reduzir sua concentração e torná-las de forma facilmente removível do produto final.

Por exemplo, os solventes que são admitidos pela Comunidade Européia (Community Directive 95/45/CE), que podem ser usados para a extração de corantes naturais para o uso alimentar, são:

acetato de etila (C4H8O2) acetona (CsH6O) diclorometano (CH2CI2) hexano (C6H14) etanol desnaturado (C2H6O)

metanol (CH4O)

2-propanol (C3H8O).

Os resultados das experiências conduzidas em tomates como tais, suco e concentrado de tomate, sublinhavam que a estrutura e as carac- terísticas da matriz de vegetal, contendo licopeno, fortemente influenciam os rendimentos de extração.

Quando cascas são usadas, os rendimentos são totalmente baixas, ainda que solventes com alta afinidade para licopeno sejam usados. Provavelmente, isso é causado pela baixa exposição ao solvente do licope- no que está localizado dentro da matriz de vegetal.

Por exemplo, Pedido internacional n. WO 2006/036125 descre-

ve um processo para a extração de licopeno a partir de concentrado de to- mate, por uso da fruta inteira.

Pedido internacional n. WO 2006/032712 descreve um proces- so para a extração de licopeno a partir de cascas de tomate, em que, depois da remoção de sementes, uma primeira etapa de desidratação é seguida pela peletização ("palletizing") do material e da extração com hexano, e no fim, por destilação e cristalização. A pureza do produto final de 65% e 85%. O pedido internacional no. WO 97/48287 provê um processo para a extração de licopeno a partir de polpa de tomate usando-se um sol- vente ou uma sua mistura com δΗ e δρ entre 0,0 e 5,0.

Pedido de Patente Chinês no. 1358801 usa cascas de tomate como matéria-prima para a extração de licopeno com acetato de etila ou óleo de solvente No. 6.

Referiu-se aos pedidos de patente anteriormente sumarizados como a técnica anterior e aos problemas técnicos relacionados.

Outros processos para a extração de licopeno a partir de toma- tes são conhecidos na técnica, eles usam como a matéria-prima a fruta com tal ou seu soro.

Hoje em dia, a maioria dos processos promissores para a extra- ção de licopeno a partir de cascas de tomate parece ser aqueles usando-se solventes orgânicos.

No entanto, solventes puros dão baixas taxas de extração. Pe-

dido internacional no. WO 03/79816 descreve um Processo para a extração a partir de tomates como tal por por meio de uma solução de acetato de etila saturada com água. Teor de licopeno está entre 5% e 20%.

Assim, ainda existe o problema técnico de provisão de um Pro- cesso para a extração de licopeno a partir de material de subproduto que deriva do processamento de tomate, que é difícil de tratar ainda que ele con- tenha alta percentagem de produto de alto valor, e uso tecnologias industri- ais fáceis e baratas.

Sumário da Invenção Agora verificou-se que é possível extrair licopeno a partir de ma-

terial de subproduto, descedendo do processamento de tomate, por uso de misturas particulares de solventes.

O uso de misturas de multicomponentes caracterizado por alta atividade extrativa, cinética de extração rápida é uma das vantagens da pre- sente invenção.

É um objetivo da presente invenção um Processo para a extra- ção de licopeno a partir de subproduto de tomate caracterizado pelo fato de que a dita extração é conduzida por meio de uma mistura de solvente com- preendendo dois ou mais componentes, em que um é apoiar ou moderada- mente polar e tem afinidade para licopeno e pelo menos um dos outros sol- ventes é polar.

O dito Processo, em geral compreende:

a. contato do dito subproduto com a mistura de solvente com- preendendo dois ou mais componentes, em que um é apoiar ou moderada- mente polar e tem afinidade para licopeno e pelo menos um dos outros sol- ventes é polar, como aqui descrevedo em detalhes,

b. Extração do dito licopeno do dito subproduto para se obter

uma mistura de extração;

c. Isolamento do dito licopeno da dita mistura de extração.

Esse e outros objetivos da presente invenção serão descritos em detalhes na seguinte seção também por meio de exemplos.

Descrição Detalhada da Invenção

"Subproduto de tomate" significa subproduto ou resíduos do processamento industrial de tomate. Dependendo do Processo de trabalho (tomates descacados, concentrados, polpas, etc.) os ditos subprodutos têm uma composição diferente e propriedades fisico-químicas diferentes (umi- 20 dade, teor de proteína, teor de pectina, etc.), mas em qualquer caso, os componentes que estão presentes nas concentrações mais altas são cas- cas, sementes e fragmentos de polpa.

Em uma concretização preferida da presente invenção, os sub- produtos compreendem principalmente cascas de tomate.

No significado da presente invenção "solvente orgânico" signifi-

ca qualquer composto orgânico (isto é, um composto contendo átomos de carbono) no estado líquido sob condições padrão, sendo capaz de extrair, sozinho ou em mistura com outros solventes, o licopeno ou outros compos- tos similares (beta-caroteno, fitoeno, fitoflueno, etc.).

Dependendo de sua estrutura química, os solventes podem ser

polares ou não-polares. Polaridade pode ser avaliada pela constante dielé- trica ou pelo momento dipolar do composto desejado. Solventes polares po- dem ser divididos em solventes polares apróticos e solventes polares práti- cos. O primeiro não contêm átomos de hidrogênio ácido.

Solventes apróticos típicos são acetona, metiletilcetona; en- quanto etanol e ácido acético pertencem à família prática.

No contexto da presente invenção, solventes apolares ou mode-

radamente polares destinam-se aqueles solventes tendo constante dielétrica de menos do que 10, enquanto que solventes polares destinam-se aqueles solventes tendo constante dielétrica igual ou maior do que 10. De acordo com essa definição, e aos valores da constante dielétrica disponível no Iabo- 10 ratório comumente usado e manual técnico (Handbook of Solventes, Wypy- ch G., ed., ChemTec Publishing: Toronto, 2001; CRC Handbook of Chemis- try and Physics, 87th edn, Lide D. R., ed., CRC Press: Boca Raton, FL, 2006), hexano, acetato de etila e acetato de metila destinam-se a serem solventes polares ou solventes moderadamente polares. Acetona, etanol, 15 metanol e água destinam-se a serem solventes polares.

De acordo com a presente invenção, "álcool alifático" significa um composto orgânico com a fórmula geral R-OH, em que ‘R’ é um radical de alquila linear ou ramificada com 1 a 4 átomos de carbono e ΌΗ’ é um grupo hidroxila.

Os álcoois aqui considerados são álcoois monovalente, caracte-

rizados pela presença de apenas um hidróxido na sua molécula.

Por exemplo, metanol, etanol e propanol pertence ao dito grupo de compostos.

Em uma primeira modalidade da presente invenção, a mistura de extração é a mistura de solvente compreendendo dois ou mais compo- nentes, em que um é apoiar ou moderadamente polar e tem afinidade para licopeno e pelo menos um dos outros solventes é polar.

De preferência, mistura de extração essencialmente consiste de hexano ou acetato de etila, etanol ou água e acetona.

Mais de preferência, a mistura de extração tem a seguinte com-

posição: hexano de 10%-80%, etanol de 10%-60% e acetona de 10%-60%, e mais de preferência: hexano de 45%, etanol de 35% e acetona de 20%. A totalidade das concentrações são como indicadas como volume/volume (v/v).

Em uma outro aspecto preferido, a taxa de líquido-sólido está entre 3 e 300 ml/g, mais de preferência 20 ml/g.

A temperatura de extração não é um parâmetro crítico e a pes-

soa versada na técnica pode facilmente escolher a faixa de temperatura o- peracional usando-se seu conhecimento geral e consideração de vários fa- tores tais como, a compatibilidade material, a possível degradação do ingre- diente ativo (licopeno) e a composição de mistura, ou a taxa de extração e 10 pontos de ebulição. Por exemplo, a extração pode ser conduzida a uma temperatura entre a temperatura ambiente e 60°C, de preferência 40°C. Os limites na faixa podem ser aproximados no sentido que uma variação des- cedente do limite mais baixo e uma variação ascendente do limite superior não são excluídos da amplitude da invenção, se eles não comprometerem o 15 resultado.

Do mesmo modo, o tempo de extração pode ser avaliado pelo versado no campo por experimentação razoável. Por exemplo, uma faixa de tempo preferida está entre 10 e 120 minutos, por exemplo 30.

Convenientemente, a extração é realizada em Iuz reduzida ou no escuro, a fim de evitar fotodegradação.

No caso de uma primeira concretização da invenção, os sub- produtos contêm principalmente cascas de tomate, por exemplo, em uma quantidade entre 40 e 90% (subproduto úmido).

Pode ser conveniente e desejável separar cascas de subprodu- to.

Melhores resultados podem ser alcançados se cascas separa- das sofrerem homogeneização.

Um conjunto de condições preferidas provêem concentração de hexano (v/v) de 10 a 80%, etanol e acetona de 10 a 60%; temperatura de extração entre a temperatura ambiente e 60°C, tempo de extração de 10 a 120 minutos e uma taxa de líquido/sólido de 10 a 300 ml/g. Isolamento de licopeno da mistura de extração é realizado por meio de técnicas convencionais, que pertencem ao conhecimento geral no campo e podem ser encontradas na literatura relevante.

O seguinte exemplo ulteriormente ilustra a invenção.

Preparação de Matéria-prima

Resíduos descedem do processamento de tomate podem ser obtidos a partir da indústria de processamento, por exemplo, na produção de tomates descacados.

Subprodutos podem ser preservados em sacos plásticos her- méticos em um outro recipiente adequado e congelados a -20°C.

Antes de prosseguir com o Processo de extração o material é descongelado a 4°C, em um ambiente longe da Iuz e ar.

Os solventes foram usados como tais.

Nos subprodutos descongelados, cascas foram separadas das sementes e dos resíduos de polpa.

Cascas foram grosseiramente homogeneizadas e, em cada amostra, passando para os testes de extração, umidade foi medida.

Umidade de cascas de tomate foi medida por secagem de em uma estufa ventilada (NSE, ISCO) até que peso constante fosse alcançado. Secagem foi realizada no ar a 105°C, usando-se uma quantidade de cascas entre 0,5 e 1 g.

Vários testes isotérmicos com tempos diferentes, mostravam que depois de 6 h peso perdido alcançou um valor constante.

Concentração de Iicopleno nas amostras foi medida por um es- pectrofotômetro em uma faixa de comprimento de onda de 350 - 600 nm, depois da separação de fases, por meio de uma quantidade adequada de água, por exemplo, uma quantidade de 20% do volume de extração total.

A comparação com licopeno puro em espectros de hexano cla- ramente mostra que o pigmento extraído a partir das cascas de tomate prin- cipalmente contém o dito carotenóide.

A determinação quantitativa de licopeno foi mencionada com o tendo o máximo por volta de 503 nm, por uso do seguinte valor de coeficien- te de absorção molar: ε = 158500 M-1cm-1.

Exemplo 1

A extração de licopeno a partir de cascas de tomate é realizada descontinuamente em 50 ml de frascos de vidro com tampa de rosca. Os frascos foram postos em um agitador magnético múltiplo de 15 posições (TeleModul, STEUEREINHEIT) em um banho termoestático com um crio- termoestato recirculante (RTE 101, NESLAB).

No início de cada teste 100 g de cascas, gravimetricamente medidos de um equilíbrio analítico, foram transferidos no frasco. Então a mistura de extração foi adicionada de acordo com a presente invenção (ou os componentes simples como testes comparativos) em uma quantidade de 3000 ml e mantida sob agitação por 30 min.

Todos os testes foram realizados em duplicata, e para minimi- zar degradação de licopeno causada por exposição à luz, eles foram condu- zidos sob condições de Iuz reduzida. Pela mesma razão, todos os lados ex- postos a Iuz do recipiente usado como o banho termoestático foram cober- tos com material opaco.

A temperatura foi ajustada a 45°C e o tempo de extração era de

30 min.

A atividade de extração dos componentes simples (hexano, e-

tanol e acetona) foi comparada com o rendimento que poderia ser obtida, sob as mesmas condições, com uma mistura tendo a composição 50:25:25.

Os resultados são mostrados na seguinte Tabela 1, em que a quantidade de licopeno (q) é expressa em mg. O seguinte parâmetro foi cal- culado a partir desse valor quantitativo (mB) a a umidade (U) das cascas:

C =_q-_

mB(I-U)

que representa a quantidade de licopeno extraído por unidade de peso seco do material e dá uma indicação quantitativa da eficácia de extração.

Tabela 1

Sumários dos resultados. oq· representa um desvio padrão de

testes repetidos. Teste Hexano Etanol Acetona q' Oq· [v/v %] [v/v %] [v/v %] [mg/gs] [mg/gs] A 100 0 0 0,320 0,109 B 0 100 0 0,000 0,000 C 0 0 100 0,230 0,000 D 50 25 25 3,309 0,288 Os dados mais importantes que podem ser sublinhados é o ren- dimento aperfeiçoado obtido por misturação dos três componentes (nesse caso específico, em uma taxa de 50:25:25). O valor de q’ da dita mistura é um tempo mais alto do que o valor de hexano puro, o licopeno extraído é mais do que 3 mg para cada g de material seco.

Exemplo 2

Várias misturas foram testadas sob as mesmas condições do exemplo 1, e dão os seguintes resultados.

Tabela 2

Sumários dos resultados. oq· é o desvio padrão dos testes repetidos.

Teste Hexano Etanol Acetona q' Oq· [v/v %] [v/v %] [v/v %] [mg/gs] [mg/gs] E 80 10 10 2,298 0,210 F 30 60 10 2,673 0,050 G 30 10 60 3,027 0,060 H 55 35 10 3,561 0,012 I 55 10 35 2,993 0,021 J 30 35 35 3,571 0,308 K 46,67 26,67 26,67 3,209 0,217 L 63,33 18,33 18,33 2,716 0,013 M 38,33 43,33 18,33 3,130 0,101 N 38,33 18,33 43,33 3,455 0,223 Os resultados claramente mostram que: para todas as misturas da presente invenção, campos de extração são mais altos do que aqueles dos componentes simples (vide exemplo 1);

rendimentos de extração diminuem se a concentração de hexano na mistura alcance: os valores máximos dos rendimentos (por volta de 3,6 mg/gs) são nos pon- tos H e J, tendo uma fração volumétrico de etanol eficaz de 0,35.

Exemplo 3

Sob as mesmas condições do exemplo 1, mas com uma taxa de líquido/sólido de 20 ml/g, os resultados mostrados na tabela 3 foram ob- tidos.

Tabela 3

Sumários dos resultados. aq- é o desvio padrão dos testes repetidos.

Teste Hexano Etanol Acetona q' oq. [v/v %] [v/v %] [v/v %] [mg/gs] [mg/gs] O 10 35 55 4,120 0,249 P 20 35 45 4,400 0,255 Q 20 40 40 4,539 0,015 R 42.5 35 22.5 4,154 0,217 Na prática, a mistura preferida tem a seguinte composição hexano: 45% etanol: 35 % acetona: 20 %

e pode ser usada sob as seguintes condições operacionais:

Taxa de líquido/sólido: 30 ml/g Temperatura: 45°C

Tempo de extração: 30 min

E pela dita mistura é possível se obter uma concentração de li- copeno por volta de 4 mg para cada g de material seco.

Exemplo 4

Sob as mesmas condições do exemplo 1, mas a uma tempera-

tura de extração de 30, 40 e 60° respectivamente, os resultados mostrados na tabela 4 foram obtidos. Tabela 4

Resultados sumários. oq· é o desvio padrão dos testes repetidos.

Teste Hexano Etanol Acetona Temperatura 0C q' Oq' [v/v % [v/v % [v/v %] [mg/gs] [mg/g; S 45 35 20 30 5,819 0,25 T 45 35 20 40 6,169 0,31 U 45 35 20 60 5,52 0,06

Claims (16)

1. Processo para a extração de licopeno a partir subprodutos de tomate caracterizado pelo fato de que a dita extração é realizada por meio da mistura de solvente compreendendo dois ou mais componentes, em que um é apoiar ou moderadamente polar e tem afinidade para licopeno e pelo menos um dos outros solventes é polar.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que na dita mistura um primeiro solvente é um solvente apoiar, um segundo solvente é um solvente polar prótico, um terceiro solvente opcional é um solvente polar aprótico.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, em que a dita mis- tura inclui hexano ou acetato de etila, etanol ou água e acetona.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, em que a dita mis- tura tem a seguinte composição: hexano de 10%-80%, etanol de 10%-60% e acetona de 10%-60%.

5.Processo de acordo com a reivindicação 4, em que a dita mis- tura tem a seguinte composição: hexano 45%, etanol 35% e acetona 20%.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1-5, em que a taxa de líquido-sólido está entre 3 e 300 ml/g.

7. Processo de acordo com a reivindicação 6, em que a taxa de líquido-sólido é de 20 ml/g.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1-7, em que a temperatura de extração está entre 20 e 60°C.

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, em que a tempe- ratura de extração está por volta de 40°C.

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1-9, em que o tempo de extração está entre 10 e 120 minutos.

11. Processo de acordo com a reivindicação 10, em que o tempo de extração é por volta de 30 minutos.

12. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que os ditos subprodutos são principalmente formados por casca de tomate.

13. Processo de acordo com a reivindicação 12, em que as cas- cas são de 40 a 90% do subproduto úmido.

14. Processo de acordo com a reivindicação 12 ou 13, em que as cascas são separadas do subproduto.

15. Processo de acordo com a reivindicação 15, em que as cas- cas separadas passam para homogeneização.

16. Processo para a extração de licopeno a partir de subprodu- tos de tomate compreendendo: a. Contato do dito subproduto com a mistura de solvente compreendendo dois ou mais componentes, em que um é apoiar ou moderadamente polar e tem afinidade para licopeno e pelo menos um dos outros solventes é polar; b. Extração do dito licopeno a partir do dito subproduto para se obter uma mistura de extração; c. Isolamento do dito licopeno da dita mistura de extração.