Orientador: Maria Angela de Almeida Meireles

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

Resumo: Este estudo teve como finalidade utilizar a extração supercrítica (SFE = supercritical fluid extraction) para obtenção de compostos fenólicos presentes em plantas nativas brasileiras de elevado potencial econômico. As plantas estudadas foram: Cipó-de-são-joão (Pyrostegia venusta),...

Resumo: Este estudo teve como finalidade utilizar a extração supercrítica (SFE = supercritical fluid extraction) para obtenção de compostos fenólicos presentes em plantas nativas brasileiras de elevado potencial econômico. As plantas estudadas foram: Cipó-de-são-joão (Pyrostegia venusta), Nó-de-cachorro (Heteropteris aphrodisiaca O. Mach), Ingá Cipó (Inga edulis), Jatobá (Hymenaea courbaril var. stilbocarpa) e Feijão (Phaseolus vulgaris L.). Experimentos de rendimento global (X0,S/F=50) utilizando CO2 puro, CO2 + etanol (10 %, massa) e CO2 + água (10 %, massa) como solventes foram realizados a 35 MPa e 323 K; a razão da massa de CO2 para a massa de alimentação foi mantida constante (50 kg/kg). Posteriormente os extratos foram analisados por cromatografia em camada delgada (CCD); foram determinadas também a atividade antioxidante, o teor de polifenóis e o de flavonoides totais. Após a avaliação do comportamento dos extratos quanto ao tipo de solvente utilizado e análises realizadas, observou-se que o solvente CO2 + H2O resultou em maior rendimento em extrato, especialmente para os de jatobá; adicionalmente, o extrato desta planta teve excelentes características antioxidantes. Desta forma, os estudos posteriores foram realizados com o jatobá. Para selecionar a temperatura e a pressão ótimas de operação, isotermas de rendimento global (IRG's) foram determinadas nas temperaturas de 323 e 333 K e pressões de 15, 25 e 35 MPa. Em função do maior teor de polifenóis e taninos totais obtidos, foi selecionada a pressão de 15 MPa e temperatura de 323 K para estudos da cinética de extração. Curvas cinéticas (OEC = overall extraction curve) foram construídas visando à determinação dos parâmetros de processo através do ajuste das OECs a um spline linear com 3 retas. Em seguida, realizou-se um estudo do aumento de escala, mantendo constantes a razão entre massa de solvente e massa de matéria-prima (S/F) e tempo de processo. As análises químicas dos extratos obtidos por SFE foram realizadas por Cromatografia Líquida de Ultra Eficiência acoplada ao Espectrômetro de Massas em série (UPLC-MS/MS) e Espectrometria de Massas com Ionização por Eletrospray (IES-MS/MS). De acordo com os resultados, os extratos apresentaram perfil químico de procianidinas. Por último, foi determinado o custo de manufatura (COM) dos extratos das cinco plantas obtidos nos ensaios de rendimento global (X0, S/F=50) para os três solventes: CO2 puro, CO2 + etanol (10 %, massa) e CO2 + água (10 %, massa), e do extrato de jatobá no processo otimizado (OEC's) para o solvente CO2 + H2O. O COM estimado demonstrou a viabilidade do processo SFE para unidades industriais com extratores de 50 e 500 L, dependendo da matéria-prima a ser processada. Segundo o COM estimado, a obtenção de extratos ricos em taninos das cascas de jatobá foi economicamente viável para o solvente CO2 + H2O. Adicionalmente, extratos da casca de jatobá foram obtidos utilizando a extração assistida por ultrassom (UAE). As extrações foram realizadas com potência de ultrassom de 20 e 60 W durante 40 min, utilizando a água em uma razão S/F igual a 20 (otimizada em um ensaio de extração por maceração). Maior quantidade de polifenóis foi obtida com a potência de 60 W. A eficiência da UAE na extração de polifenóis foi avaliada através de extrações em corrente cruzada em três estágios; foi estudado o aumento de escala em extrator de 3 litros. Os resultados foram comparados com os obtidos com extração por agitação (AGE) e sonda de ultrassom (UP) utilizando as mesmas condições da UAE. Foi realizado ainda um estudo cinético avaliando a obtenção de polifenóis da casca de jatobá para os processos UAE e AGE. Os extratos foram analisados por CCD; a atividade antioxidante e teor de polifenóis dos extratos foram determinados. Os resultados provaram que a UAE é um método eficiente para obter extratos ricos em compostos fenólicos e com elevada atividade antioxidante. Através da análise química com Cromatografia de Alta Eficiência com detecção por arranjo de diodos (CLAE/DAD), o perfil de compostos fenólicos da casca de jatobá obtidos por UAE constituiu de procianidinas, a (+)-catequina e a (-)-epicatequina

Abstract: The objective of this study was to use supercritical fluid extraction (SFE) to extract phenolic compounds from indigenous Brazilian plants with high economic potential. The plants studied were: Flame wine (Pyrostegia venusta), Dog's knot (Heteropteris aphrodisiaca O. Mach), Ice-cream bean...

Abstract: The objective of this study was to use supercritical fluid extraction (SFE) to extract phenolic compounds from indigenous Brazilian plants with high economic potential. The plants studied were: Flame wine (Pyrostegia venusta), Dog's knot (Heteropteris aphrodisiaca O. Mach), Ice-cream bean tree (Inga edulis), Jatoba (Hymenaea courbaril var. stilbocarpa) and beans (Phaseolus vulgaris L.). Global yields experiments (X0,S/F=50) using pure CO2, CO2 + ethanol (10 %, mass) and CO2 + water (10 %, mass) as solvents were performed 35 MPa and 323 K; the ratio of the CO2 mass to feed mass was maintained constant (50 kg/kg). The extracts were analyzed by thin layer chromatography (TLC). Their antioxidant activity, total polyphenolic and flavonoids content were also determined. After evaluating the behavior of the yield and chemical composition of the extracts, it was observed that the solvent mixture CO2 + H2O provided higher yield, especially for jatobá. Additionally, this extract presented high antioxidant activity. Based on these results, global yields isotherms (GYI) of jatoba were determined at temperature of 323 and 333 K and pressures of 15, 25 and 35 MPa in order to select the optimum operational conditions. Due to the higher polyphenols and tannins content, the optimum conditions selected were 15 MPa and 323 K. Overall extraction curves (OEC¿s) were obtained under these conditions in order to determine the kinetic parameters by fitting the OECs to a linear spline with three straight lines. For the scale-up study, the criterion adopted was keeping constant the solvent to feed ratio (S/F) and process time. The chemical analyses of SFE extracts were performed by Ultra performance liquid chromatography - diode array detection (UPLC-MS/MS) and electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS/MS). According to the results, the extracts showed chemical profile of procyanidins. Finally, it was evaluated the cost of manufacturing (COM) of the extracts for all five plants obtained in the GYI experiment (X0, S/F=50) for the three solvent: CO2 pure, CO2 + ethanol (10 %, mass) e CO2 + water (10 %, mass); and for the jatobá extract obtained at optimized process conditions using CO2 + water (10 %, mass). The estimated COM demonstrated the feasibility of the SFE process for industrial scale extractors of 50 and 500 L, depending on the raw material to be processed. Moreover, according to the estimated COM, obtaining jatobá bark extracts rich in tannins was economically feasible with CO2 + H2O. Jatoba extracts were also obtained using ultrasound assisted extraction (UAE). The extractions were performed at the potency of 20 and 60 W during 40 min, using water at S/F ratio of 20 (optimized in a maceration extraction assay). High content of polyphenols were obtained using the potency of 60 W. The efficiency of UAE in extracting polyphenols was evaluated using crosscurrent extraction in three stages. The scale-up of the UAE process was studied in an extractor of three liters. It was also performed a kinetic study to evaluate the extraction of polyphenols from jatobá via UAE and AGE. The results were compared to those obtained by extraction under agitation (AGE) and ultrasound probe (UP), in the same conditions used for the UAE experiment. The extracts were analyzed by TLC. The antioxidant activity and polyphenols content of the extracts were also determined. The results proved that UAE is an efficient method to obtain extracts rich in phenolic compounds and with high antioxidant activity. The chemical analysis of the extracts by high performance liquid chromatography - diode array detection (HPLC-DAD), showed that the phytochemical profile of jatobá bark extracts presented procyanidins, (+)-catechin and (-)-epicatechin