Orientadores: Ana Maria Frattini Fileti, Mary Ann Foglio

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: O objetivo deste trabalho foi realizar a extração de compostos bioativos dos frutos de Schinus terebinthifolius Raddi, espécie vegetal nativa do Brasil e que apresenta diversas atividades biológicas de interesse medicinal. Além disso, os frutos desidratados da S. terebinthifolius são...

Resumo: O objetivo deste trabalho foi realizar a extração de compostos bioativos dos frutos de Schinus terebinthifolius Raddi, espécie vegetal nativa do Brasil e que apresenta diversas atividades biológicas de interesse medicinal. Além disso, os frutos desidratados da S. terebinthifolius são amplamente utilizados como especiaria culinária, conhecida como pimenta-rosa. A ênfase do estudo foi: na avaliação dos efeitos das variáveis operacionais da hidrodestilação (Clevenger) e da extração com CO2 supercrítico sobre a qualidade dos produtos; na análise da influência da secagem sobre a qualidade da matéria-prima, sendo investigados modelos matemáticos, clássicos e por Redes Neurais Artificiais (RNAs), para a previsão da cinética de secagem; e também na análise das atividades antiproliferativas dos extratos e do óleo essencial frente a um painel de células tumorais humanas [glioma (U251), mama (MCF7), ovário com fenótipo de resistência (NCI-ADR/RES), pulmão (NCI-H460), rim (786-0), próstata (PC-3), ovário (OVCAR-3), cólon (HT29) e leucemia (K562)]. De forma geral, os resultados revelaram que o rendimento e a composição química dos extratos e do óleo essencial foram influenciados pelos seguintes fatores: condições climáticas do local de coleta dos frutos; etapas de pré-tratamento da matéria-prima (secagem); e tipo de processo e condições operacionais utilizados nas extrações. Portanto, estes resultados confirmam a importância da padronização de insumos e também do controle correto das condições operacionais dos processos extrativos utilizados para a obtenção de um produto derivado de uma espécie vegetal. Na extração do óleo essencial por hidrodestilação, foram observadas condições ótimas (rendimento maior que 6,8%) utilizando valores de razão sólido/água na faixa de 70 a 130 g/L e tempo de extração entre 4,5 e 8 h. A Cromatografia Gasosa acoplada à Espectrometria de Massas (CG-EM) revelou os seguintes compostos majoritários no óleo essencial: 'delta'-3-careno, 'alfa'-felandreno, limoneno, 'alfa'-pineno, germacreno D e cariofileno. Quanto à secagem dos frutos da S. terebinthifolius, os resultados revelaram que temperaturas na faixa de 40 a 55 °C asseguraram uma umidade adequada ao produto (<10%), sem degradação da cor e perdas de compostos voláteis. Os resultados da modelagem da cinética de secagem revelaram melhor desempenho dos modelos de Henderson e Pabis, de Page, de Henderson (Dois termos) e do modelo via RNAs. Na extração com CO2 supercrítico, os resultados revelaram que o rendimento global e a composição química dos extratos foram influenciados pela pressão e temperatura do CO2 supercrítico, principalmente devido às alterações na massa específica do CO2 supercrítico e na pressão de vapor dos solutos presentes na matéria-prima. Para a definição das condições ótimas da extração supercrítica é necessário conhecer a finalidade para a qual os extratos serão utilizados. Por exemplo, se o objetivo for obter um produto com alto teor de compostos voláteis (como o óleo essencial), dever-se-á utilizar os menores valores de massa específica do CO2 supercrítico. Apesar do menor rendimento nessas condições operacionais, os produtos requerem processos de purificação menos laboriosos, sendo uma vantagem quando comparados aos extratos supercríticos obtidos em altas pressões. Quanto à atividade antiproliferativa, os resultados revelaram atividade potente contra câncer de rim em quase todos os produtos derivados dos frutos da S. terebinthifolius: óleo essencial obtido nas condições de maiores rendimentos [Total Growth Inhibition (TGI)=0,04 µg/mL]; e extratos supercríticos obtidos na faixa de 50 a 60 °C, independente da pressão utilizada (TGI<3,9 µg/mL). Ademais, é importante ressaltar que o extrato supercrítico (200 bar e 50 °C) apresentou atividades potentes para ovário com resistência (TGI=1,2 µg/mL), próstata (TGI=4 µg/mL), ovário (TGI=4,4 µg/mL) e glioma (TGI=3,9 µg/mL); e também que o óleo essencial apresentou atividades potentes para todas as linhagens investigadas. Portanto, os resultados sugerem que os compostos voláteis dos frutos da S. terebinthifolius, especialmente os sesquiterpenos germacreno D e cariofileno, estão envolvidos com as atividades antiproliferativas destacadas anteriormente

Abstract: Schinus terebinthifolius Raddi is an important fruit tree native to Brazil. Owing to its medicinal properties, it has a great potential for commercial use. Moreover, the dried fruits of S. terebinthifolius are widely used as a culinary spice known as pink pepper. The extraction of...

Abstract: Schinus terebinthifolius Raddi is an important fruit tree native to Brazil. Owing to its medicinal properties, it has a great potential for commercial use. Moreover, the dried fruits of S. terebinthifolius are widely used as a culinary spice known as pink pepper. The extraction of bioactive compounds from S. terebinthifolius fruits is reported herein. Emphasis was placed on elucidating the effects of operational conditions of hydrodistillation by Clevenger apparatus, extraction with supercritical CO2 (scCO2), and drying of raw material. Classical models and topologies of artificial neural networks (ANNs) for predicting the drying kinetics of S. terebinthifolius fruits were investigated. Furthermore, the antiproliferative activity of its products (essential oil and extracts) was investigated against a panel of human tumor cell lines [glioma (U251), breast (MCF7), multidrug-resistant ovarian (NCI-ADR/RES), lung (NCI-H460), kidney (786-0), prostate (PC-3), ovarian (OVCAR-3), colon (HT29), and leukemia (K562)]. The results showed that the quantity and quality of products from S. terebinthifolius fruits were influenced by the following factors: climatic conditions of the collection site, drying conditions of raw material, and types of extraction processes and their operating conditions. Therefore, these results show the importance of standardizing raw material and controlling operating conditions of the extraction processes employed to obtain a product from a plant species. The optimum conditions for hydrodistillation (yield>6.8%) included a solid-to-water ratio of 70 to 130 g/L and an extraction time of 4.5 to 8 h. Gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS) revealed the following major compounds in the essential oil of S. terebinthifolius fruits: 'delta'-3-carene, 'alpha'-phellandrene, limonene, 'apha'-pinene, germacrene D, and caryophyllene. The drying of S. terebinthifolius fruits at an air temperature ranging from 40 to 55 °C provided the best results: adequate moisture (<10%) without dramatic degradation of color and essential oil. The modeling by ANNs and the models of Page, Henderson and Pabis, and Henderson (Two terms) showed the most suitable results. The global yield and chemical composition of the supercritical extracts were influenced by the pressure and temperature of scCO2, mainly due to changes in its density and solute vapor pressure. The definition of the optimal operating conditions for supercritical extraction depends on the targeted application of the extracts. Accordingly, if the objective is to obtain a product with a high content of volatile compounds (such as essential oils), a relatively low scCO2 density should be used; despite the lower yields, the extracts require relatively less laborious purification processes, showing an advantage over the supercritical extraction performed at a relatively higher scCO2 density. Regarding antiproliferative activity, our results revealed potent activity against kidney cancer in all products from S. terebinthifolius fruits: essential oil obtained under optimized conditions [Total Growth Inhibition (TGI)=0.04 µg/mL] and supercritical extracts obtained at a temperature range of 50 to 60 °C, irrespective of the pressure used (TGI<3.9 µg/mL). Furthermore, the following antiproliferative activities were highlighted: supercritical extract obtained at 200 bar and 50 °C showed potent activity against multidrug-resistant ovarian (TGI=1.2 µg/mL), prostate (TGI=4 µg/mL), ovarian (TGI=4.4 µg/mL) cancer cell lines and glioma (TGI=3.9 µg/mL) cell line; and the essential oil obtained under optimized conditions showed potent activity for all cell lines investigated. These results suggest that the volatile compounds extracted from S. terebinthifolius fruits, especially the sesquiterpenes (caryophyllene and germacrene D), might be the active metabolites responsible for the above-mentioned antiproliferative activities

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