PT1442065E - Hidrocolóides vegetais isolados a partir de sementes de plantas da familia das lamiaceae - Google Patents

Description

ΕΡ 1 442 065 /PT DESCRIÇÃO "Hidrocolóides vegetais isolados a partir de sementes de plantas da família das Lamiaceae" 0 invento refere-se ao campo dos hidrocolóides naturais e sua utilização.

Os hidrocolóides são compostos oligoméricos ou poliméricos que em baixas concentrações são capazes de ligar quantidades de água relativamente grandes, e como tal são mencionados igualmente como agentes espessantes. Também se tira vantagem da propriedade dos hidrocolóides para ligar água em grandes quantidades de outro modo, e os hidrocolóides são assim utilizados em muitos campos técnicos, tais como por exemplo na impressão têxtil, na indústria alimentar, no processo de fabrico de papel, na prospecção de petróleo, na construção civil, na indústria farmacêutica, indústria alimentar, etc.

Os hidrocolóides podem grosseiramente ser divididos em duas classes, nomeadamente em hidrocolóides formadores de viscosidade e hidrocolóides formadores de gel, dependendo da solução que resulta da mistura entre o hidrocolóide e a água. Os hidrocolóides formadores de viscosidade formam soluções viscosas que não possuem uma estrutura sólida, enquanto os hidrocolóides formadores de gel produzem com a água géis que possuem uma estrutura mais ou menos sólida. Os hidrocolóides podem ser isolados a partir de materiais vegetais ou animais (hidrocolóides naturais) ou ser produzidos sinteticamente (hidrocolóides sintéticos).

Dos representantes naturais devem ser mencionados entre outros produtos de origem vegetal os hidrocolóides formadores de viscosidade a partir do endosperma de sementes de plantes de guar, alfarroba ou tamarindo. Além disso, os hidrocolóides gelificantes são obtidos principalmente a partir de extractos de algas vermelhas e castanhas (carragenanos, alginatos e ágar). Alguns hidrocolóides, tais como por exemplo goma xantana e goma gelana, são também produzidos de modo fermentativo. Outro agente gelificante é a gelatina que é extraída do colagénio animal. Os hidrocolóides sintéticos são por exemplo álcool polivinílico, ácidos poliacrílicos e 2

ΕΡ 1 442 065 /PT poliacrilatos, assim como derivados de celulose tais como metil- e carboximetil-celuloses. Os amidos constituem um grande grupo com um campo de aplicação muito amplo. Para requisitos técnicos especiais os hidrocolóides são também quimicamente alterados ou misturados com outros para melhorar as suas propriedades, tais como por exemplo solubilidade, aumento da viscosidade ou resistência do gel, elasticidade ou sinerese.

Todos os hidrocolóides, formadores de viscosidade, não gelificantes, naturais e sintéticos que são conhecidos até ao presente têm em comum o facto de serem indefinidamente diluiveis com água. Em muitos casos, isto é desejado para conseguir obter propriedades requeridas. Contudo, existem aplicações que embora necessitem de hidrocolóides formadores de viscosidade, também requerem uma absorção de água definida e ligação continuada, de modo que uma diluição adicional ou mesmo arrastamento do hidrocolóide é indesejada. Além disso, os hidrocolóides conhecidos são mais ou menos sensíveis aos químicos necessariamente presentes ou introduzidos, tanto na gama ácida como básica, ou a maiores temperaturas. É objecto do presente invento proporcionar novos hidrocolóides naturais. Constitui outro objecto do invento proporcionar hidrocolóides cuja capacidade de ligação a água seja essencialmente não afectada mesmo na presença de sais e numa ampla gama de pH. É outro objecto do invento proporcionar hidrocolóides que, embora formem uma solução viscosa, não possam contudo ser arrastados do seu estado de ligação a água mesmo ao longo da adição de maiores quantidades de água.

Os objectos do invento são resolvidos pelas reivindicações independentes 1 e 5.

Surpreendentemente, constatou-se que os hidrocolóides podem ser isolados muito facilmente a partir de sementes de plantas da família das Lamiaceae. Plantas tais como salva, alecrim, tomilho, orégão, manjericão, hortelã, entre outras, pertencem à família das Lamiaceae. Um género de planta da família das Lamiaceae especialmente adequado é o género Ocimum, sendo as espécies de planta mais adequadas Ocimum gratissimum e Ocimum sanctum. Embora os óleos essenciais com 3

ΕΡ 1 442 065 /PT propriedades anti-sépticas razoavelmente boas sejam isolados a partir de toda a planta, as sementes das plantas do género Ocimum servem predominantemente para a extracção de óleo, dado que estes óleos possuem um elevado teor de ácidos gordos insaturados.

As sementes das plantas da família das Lamiaceae, em particular do género Ocimum, mudam imediatamente a sua cor de cinzento para branco com a adição de água. Sob o microscópio, uma estrutura tentacular única do tipo pêlo é visível sobre a superfície da semente, a qual é aparentemente responsável pelas propriedades hidrocoloidais características destas sementes. Os termos como "pêlo", "estrutura do tipo pêlo", "estrutura tentacular" e "estrutura tentacular do tipo pêlo" são de aqui em diante utilizados intermutavelmente para designar os produtos naturais com propriedades hidrocoloidais presentes na superfície das sementes. A estrutura tentacular do tipo pêlo absorve água e presumivelmente serve a finalidade de proporcionar água à raiz e ao rebento continuamente durante o crescimento. A estrutura tentacular do tipo pêlo é mostrada na Fig. 1.

As imagens de microscópio de sementes das plantas da espécie Ocimum sanctum mostram a estrutura tentacular do tipo pêlo 1, 2, 3 e 4 minutos após ter sido adicionada água (Figs. la, lb, lc e ld) . As imagens revelam a que velocidade a água é absorvida pela estrutura do tipo pêlo.

Surpreendentemente, verificou-se que tanto através da moagem das sementes integrais da planta como da moagem do bolo desengordurado, é obtida uma massa que exibe excelentes e únicas propriedades hidrocoloidais. Como tal, os hidrocolóides compreendem tanto a farinha produzida a partir de sementes da planta tratada ou não tratada e os produtos naturais com propriedades hidrocoloidais isolados através do processo de acordo com o invento. 0 hidrocolóide exibe propriedades únicas, tais como por exemplo uma elevada capacidade de retenção de água e além disso uma inesperada elevada estabilidade sob condições extremas. Como se mostra na Fig. 1, em poucos minutos o hidrocolóide absorve uma quantidade múltipla de água, de facto independente dos sais 4

ΕΡ 1 442 065 /PT que possam estar presentes. A solução coloidal é estável numa ampla gama de pH, de cerca de 2 a cerca de 13; a solução não é facilmente diluível com água adicional e exibe uma inesperada estabilidade contra microorganismos. Além disso, as soluções coloidais preparadas a partir do hidrocolóide mostram tanto uma elevada estabilidade à temperatura como uma elevada estabilidade contra agentes oxidantes fortes, tais como por exemplo peróxido de hidrogénio.

Como foi explicado anteriormente, tanto o produto natural hidrocoloidal isolado como a farinha de semente da família das Lamiaceae, preferivelmente de planta do género Ocimum, podem ser utilizados como o hidrocolóide. A diferença entre a farinha de semente e o produto natural isolado em relação às suas propriedades hidrocoloidais é apenas que o produto natural isolado pode, como seria de esperar, absorver uma maior quantidade de água e possui uma definido e superior grau de pureza. 0 produto natural pode absorver até 200 vezes a quantidade de água, enquanto a farinha de semente pode absorver 8-50 vezes a quantidade de água. De resto, as propriedades hidrocoloidais da farinha de semente e do produto natural isolado são essencialmente idênticas.

De acordo com o invento, as sementes integrais são primeiro deixadas inchar no meio aquoso. Os valores de pH e a temperatura podem portanto ser variados ao longo de uma ampla gama, de modo a influenciar as propriedades finais do produto final. Um valor de pH de cerca de 12 faz com que o produto final possua uma elevada viscosidade. Enzimas hidrolíticas convencionais são adicionadas para facilitar o processamento.

Após o completo intumescimento das sementes, as sementes são processadas ulteriormente num agitador. O hidrocolóide que sai das sementes é assim removido. Uma diluição adicional com água provoca uma redução na viscosidade e aumenta a capacidade de absorção de água do produto final. Deste modo, a capacidade de absorção de água pode ser aumentada de 1:8 para 1:200. A massa assim obtida é separada das sementes, filtrada e liberta da água por meio de precipitação alcoólica ou prensagem. 5

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Subsequentemente tem lugar a secagem final e a moagem do hidrocolóide assim obtido.

Noutra concretização, o hidrocolóide é produzido por simples moagem das sementes até um tamanho de grão de 2 0 a 1200 μιη. Dado que as plantas do género Ocimum são também utilizadas para a extracção de óleo, através de processos alternativos de amassadura, moagem e secagem, o bolo de óleo remanescente poderia também ser utilizado como material de partida para a extracção do hidrocolóide. O aumento das propriedades de ligação a água é conseguido por mistura com água e subsequentes processos de amassadura, secagem e moagem. O hidrocolóide está particularmente bem adaptado por exemplo para os seguintes campos: para o campo farmacêutico, par ao campo agricola, para o campo das águas residuais, para a ligação de explosivos liquidos, para a indústria têxtil, na indústria do papel, para a cosmética ou para a indústria alimentar, na indústria da construção, etc.

Na indústria farmacêutica, o hidrocolóide pode ser utilizado numa variedade de maneiras, tais como por exemplo para o fabrico de cápsulas para remédios, como sistemas de entrega de droga para remédios a ser administrados, ou como agentes de depósito para aplicação parentérica.

Para certas aplicações, pode ser utilizada uma solução aquosa contendo químicos muito diferentes em vez de água. Tal como discutido anteriormente, a capacidade de ligação de água do hidrocolóide não depende dos sais ou outros químicos que estejam presentes. A capacidade de ligação de água do hidrocolóide de acordo com o invento é mesmo sustentada com uma solução de cloreto de sódio a 20%. As soluções de hidrocolóide contendo sais podem portanto ser utilizadas para a captação ou manutenção e armazenamento de, por exemplo, sangue, plasma ou outros fluidos corporais. Além disso, devido à estabilidade das soluções coloidais de acordo com o invento numa ampla gama de pH, podem ser também preparadas soluções de outros químicos. Estas soluções de colóide podem depois ser utilizadas para manter químicos prejudiciais, corrosivos ou tóxicos numa forma que, por um lado, pode ser manuseada como uma solução e, por outro lado, possui todas as 6

ΕΡ 1 442 065 /PT vantagens de uma fase sólida.

Além disso, materiais de construção como elementos de construção de suporte temporário de carga são facilmente fabricados. A matéria sólida do hidrocolóide e água é leve e sólida, de modo que após utilização de secagem por calor para remoção de água, e após permanecer um elemento de construção extremamente leve e do tipo rede, pode ser produzido um valor máximo de substância seca de 4%. Tais elementos de construção são estáveis e respiráveis mesmo após secagem, de modo que em conjunto com a já mencionada estabilidade contra a infestação microbiana, esses elementos de construção são utilizáveis como materiais naturais ideais para revestimento e isolamento. A partir de folhas contendo o hidrocolóide, podem ser produzidos sistemas para filtração e tratamento de água. Tais folhas acumulam os metais pesados e podem portanto ser utilizadas como sistemas de filtração. Contudo, foi constatado que ao adicionar farinha de semente como floculante podiam ser removidos da água compostos orgânicos e metais pesados. O hidrocolóide também pode ser utilizado no fabrico de papel, por exemplo para aumentar a resistência ao rasgo do papel, ou para melhorar a formação de película das lamas de revestimento de papel. O hidrocolóide também pode ser utilizado na agricultura se o colóide for misturado com água e/ou fertilizantes, e portanto é utilizado como reservatório de água ou fertilizante para as plantas. Outras substâncias activas que são utilizadas no campo agrícola podem ser adicionadas ao hidrocolóide, por exemplo fosfatos, pesticidas, fungicidas, herbicidas, conservantes e tensioactivos aniónicos, catiónicos ou não iónicos. A rara elevada estabilidade do reservatório de água feito a partir do hidrocolóide e uma solução aquosa permite um tempo de retenção de água de até um ano. Fica assim disponível com o hidrocolóide um sistema que permite de um modo ideal conduzir o cultivo consideravelmente melhorado e eficiente de culturas de plantas nutricional e ambientalmente 7

ΕΡ 1 442 065 /PT relevantes em regiões secas. Além disso, a vantagem particular do produto assim preparado é que os produtos convencionais precisam de uma quantidade considerável de tempo para atingir a sua carga máxima de água, ao passo que o produto preparado de acordo com o invento absorve a água em minutos e liberta muito lentamente a água assim absorvida. A dada biodegradabilidade do produto é outra vantagem comparada com os produtos hidrocoloidais sintéticos que são já utilizados para tais aplicações.

Noutra concretização, o hidrocolóide é utilizado com um solvente miscivel em água, preferivelmente com álcool, acetona ou DMSO. Além disso, também pode ser utilizada a mistura dos solventes orgânicos anteriormente mencionados com água. A quantidade preferida de hidrocolóide é dependente da pureza, forma e finalidade de aplicação do hidrocolóides a utilizar. O hidrocolóide pode ser utilizado como único componente de ligação ou como uma mistura com outros hidrocolóides naturais ou sintéticos conhecidos. Hidrocolóides conhecidos particularmente adequados que se podem adicionar ao hidrocolóide preparado de acordo com o invento são por exemplo ágar, pectina, gelatina, guar, alginatos, carragenano, goma de alfarroba, goma arábica, goma xantana, tara, konjac, cassia, amidos, bentonite, dióxido de silício, PVA, poliacrilatos, etc. A razão entre o hidrocolóide preparado de acordo com o invento e os hidrocolóides conhecidos pode variar dentro de uma ampla gama desde 1:99 até 99:1, dependendo das propriedades que se desejam para a solução que vai ser preparada. A quantidade do hidrocolóide total pode por exemplo estar entre cerca de 0,05 e cerca de 10 porcento em peso, sendo preferida a gama de cerca de 0,1 a cerca de 4%, sendo mais preferida a gama de 0,5 a 2%. No caso do hidrocolóide preparado de acordo com o invento ser utilizado para o fabrico de por exemplo cápsulas farmacêuticas, a quantidade de hidrocolóide pode também ser consideravelmente superior. No entanto, se são desejadas soluções de colóide de baixa viscosidade, a quantidade de hidrocolóide pode também ser inferior a 0,1%. As misturas com menos de 0,1% de 8

ΕΡ 1 442 065 /PT hidrocolóide são preferidas na produção de alimentos tais como por exemplo iogurte ou gelado. 0 invento é agora adicionalmente explicado por meio dos seguintes Exemplos.

Exemplo 1

Isolamento do produto hidrocoloidal natural a partir de planta do género Ocimum A 50 g de sementes de planta da espécie Ocimum gratissimum juntam-se 500 ml de água, e após um tempo de intumescimento de 20 minutos, a mistura é agitada durante 3 minutos com um agitador a 1000 rpm. Juntam-se outros 500 ml de água e novamente agita-se durante 3 minutos a 1000 rpm. O "pêlo" destaca-se gradualmente das sementes e a solução torna-se significativamente mais viscosa. Após outra adição de 500 ml de água e agitação durante 5 minutos, a separação do pêlo é suficiente. A solução aquosa assim obtida é separada do núcleo numa prensa de parafuso, subsequentemente liberta das sementes numa centrífuga de filtração, seca e moída.

Exemplo 2

Preparação de um hidrocolóide a partir de sementes da planta Ocimum gratissimum O bolo oleoso seco da planta Ocimum gratissimum é moído num moinho de laboratório até um tamanho de grão de cerca de 30 a cerca de 500 pm.

Introduzem-se 10 g desta farinha num copo e juntam-se 100 ml de água. Após um tempo de intumescimento de 10 minutos, esta mistura é amassada com um dispositivo de agitação durante 2 minutos a 1000 rpm. A água fica desta forma completamente ligada.

Após secagem, o material é moído de novo até um pó com um tamanho de grão de cerca de 30 a cerca de 500 pm.

As valiosas propriedades do hidrocolóide são ilustradas através dos seguintes Exemplos Comparativos. 9

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Exemplo Comparativo 1

Farinha de guar, moída até um tamanho de grão de cerca de 75 pm, e a farinha de semente da planta Ocimum gratissimum preparada pelo Exemplo 2 são testadas quanto à sua capacidade para remover nitrotolueno (concentração de 200 mg/1) sob condições ordinárias. A farinha de guar é convencionalmente utilizada para remover substâncias prejudiciais da água.

Embora através da adição de farinha de guar apenas cerca de 40% de o-nitrotolueno possam ser removidos, a adição da mesma quantidade de farinha de semente preparada a partir de sementes de planta da espécie Ocimum gratissimum provoca uma redução no o-nitrotolueno de cerca de 60%. Isto significa que a farinha proveniente de sementes da planta do género Ocimum é cerca de 50% mais eficaz que a farinha de guar.

Exemplo Comparativo 2

Por um lado, areia é misturada com uma quantidade de 0,5/1,0/2,0 e 4,0 porcento em volume de farinha de semente da planta Ocimum gratissimum e, por outro lado, com 2 porcento em volume do produto de poliacrilamida/ácido poliacrílico utilizado convencionalmente. As plantas do género Helianthus que são tratadas coma a farinha de semente precisam de um intervalo de tempo consideravelmente mais longo até que ocorra um re-humedecimento, mesmo com uma dosagem de 1,0 porcento em volume do hidrocolóide. Além disso, a biomassa é significativamente superior se o hidrocolóide é utilizado.

Exemplo Comparativo 3

Adicionou-se 1,5 porcento em peso de farinha de semente da planta Ocimum gratissimum a uma areia com um tamanho de grão de 1 mm no máximo. A capacidade de absorção de água da areia com o hidrocolóide foi duplicada, quando comparada com areia sem hidrocolóide. 10

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Após 18 horas a temperatura ambiente e 4 horas de radiação solar incidente, a amostra com o hidrocolóide ainda possuía um teor residual em água de 40%. A amostra com areia sem hidrocolóide tinha secado ao longo do mesmo intervalo de tempo.

Lisboa,

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REIVINDICAÇÕES 1. Processo para isolamento de hidrocolóides a partir de sementes de plantas da família das Lamiaceae, preferivelmente de plantas do género Ocimum, e mais preferivelmente de plantas da espécie Ocimum sanctum ou Ocimum gratissimum, caracterizado pelos seguintes passos: a) intumescimento das sementes pela adição de água; b) adição adicional de água para obter uma fase aquosa e uma fase sólida; c) agitação da mistura obtida no passo b); d) separação da fase aquosa do resíduo das sementes; e) isolamento do hidrocolóide a partir da fase aquosa separada por filtração ou adição de um solvente orgânico; f) secagem do hidrocolóide separado, caracterizado por serem adicionadas enzimas hidrolíticas à fase aquosa no passo b). 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por após o passo a) e antes do passo b) ser adicionada mais água. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a fase aquosa no passo b) possuir um valor de pH de cerca de 2 a 13. 4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o solvente orgânico no passo e) ser um álcool. 5. Utilização de um hidrocolóide obtenível (I) através de um processo para isolamento de hidrocolóides a partir de sementes de plantas da família das Lamiaceae, preferivelmente de plantas do género Ocimum, e mais preferivelmente de plantas da espécie Ocimum sanctum ou Ocimum gratissimum, caracterizado pelos seguintes passos: a) intumescimento das sementes pela adição de água; b) adição adicional de água para obter uma fase aquosa e

ΕΡ 1 442 065 /PT 2/2 uma fase sólida; c) agitação da mistura obtida no passo b); d) separação da fase aquosa do resíduo das sementes; e) isolamento do hidrocolóide a partir da fase aquosa separada por filtração ou adição de um solvente orgânico; f) secagem do hidrocolóide separado, ou (II) através de moagem de sementes de plantas da família das Lamiaceae, preferivelmente de plantas do género Ocimum sanctum ou Ocimum gratissimum até um tamanho de grão entre 20 e 1200 pm para obter uma farinha de semente, (i) no campo da agricultura e horticultura, (ii) para melhorar o armazenamento de água no solo, ou (iii) como floculante para precipitar e separar substâncias prejudiciais. 6. Utilização de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por após o passo a) e antes do passo b) ser adicionada mais água. 7. Utilização de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizada por a fase aquosa no passo b) possuir um valor de pH de cerca de 2 a 13. 8. Utilização de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizada por serem adicionadas enzimas hidrolíticas à fase aquosa no passo b). 9. Utilização de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 8, caracterizada por o solvente orgânico no passo e) ser um álcool. 10. Utilização de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por a farinha de semente ser adicionalmente misturada com água e a pasta assim obtida ser amassada, seca e moída.

Lisboa,