Orientador: Francisco Maugeri Filho / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-27T13:11:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HartwigDuarte_Susan_D.pdf: 24431149 bytes, checksum: c5a52419e7e78c24bfe96084aaeaa744 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A constante busca por fontes alternativas de energia tem estimulado o mercado mundial de combustíveis limpos. Tendo em vista este cenário, o objetivo desta tese foi estudar a produção de lipídeos, pela levedura oleaginosa 'Candida sp'. LEB-M3 cultivada em glicerol bruto e o processo de recuperação lipídica para aplicação na síntese enzimática de biodiesel. Durante os cultivos em glicerol bruto e diferentes fontes de nitrogênio, a levedura apresentou conteúdo lipídico 30,8% (m/m) e concentração lipídica de 3,09 g/L, em relação carbono/nitrogênio de 90. As condições de menor agitação e aeração em biorreator (200 rpm e 0,5 vvm) favoreceram a formação de ácidos graxos que conferem melhores parâmetros de qualidade do biodiesel. Entre as técnicas de ruptura estudadas, a abrasão por cisalhamento com pérolas de vidro apresentou alta recuperação lipídica (125%), quando comparada à técnica padrão estudada. A extração com CO2 supercrítico indicou ser um método de extração de lipídeos microbianos promissor, porém é mais seletivo aos compostos apolares e por isso apresentou rendimento global máximo de 6,17%. A reação de síntese de biodiesel com lipídeo microbiano e metanol em meio reacional com n-hexano e lipase recombinante de 'Rhizopus oryzae' (rROL) imobilizada como catalisador da reação, apresentou rendimento de metil ésteres de ácidos graxos (FAMEs) de 40,6%. Além disso, foram realizadas 5 reutilizações da enzima, com perda máxima de 30% no rendimento de FAMEs. O estudo da produção e recuperação lipídica da levedura' Candida sp'. LEB-M3 possibilitou a síntese enzimática de biodiesel, contribuindo assim para o desenvolvimento sustentável da cadeia produtiva do biodiesel / Abstract: The constant search for alternative energy sources has stimulated the global market of clean fuels. In view of this scenario, the goal of this thesis was to study the production of lipids by oleaginous yeast 'Candida sp'. LEB-M3 grown in crude glycerol and the lipid recovery process for use in biodiesel enzymatic synthesis. During the cultivation in crude glycerol and different nitrogen sources, the lipid content of the yeast showed 30.8% (w/w) and lipid concentration of 3.09 g/L, for carbon/nitrogen ratiof of 90. The conditions of less agitation and aeration in the bioreactor (200 rpm and 0.5 vvm) favored the formation of fatty acids that give best biodiesel quality parameters. Among the cell disruption techniques studied, abrasion by shearing with glass beads showed higher lipid recovery (125%) compared to the standard technique studied. The extraction with supercritical CO2 showed to be a promising method of microbial lipid extraction, but is more selective to non-polar compounds and therefore presented the maximum overall yield of 6.17%. The biodiesel synthesis reaction with the microbial lipid and methanol in the reaction medium with n-hexane and recombinant 'Rhizopus oryzae' (rROL) immobilized catalyst of the reaction, showed a yield of 40.6% of fatty acid methyl esters (FAMEs). In addition, there were 5 reuses of enzyme, with a maximum loss of 30% FAMEs yield. The study of lipid production and lipid recovery of the yeast 'Candida sp'. LEB-M3 enabled the enzymatic synthesis of biodiesel, thus contributing to the sustainable development of the biodiesel production chain / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutora em Engenharia de Alimentos

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-07-14T14:47:45Z No. of bitstreams: 1 Paula Soares.pdf: 411834 bytes, checksum: 4ec503f0b12c86465061d9c3d676c251 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-14T14:47:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paula Soares.pdf: 411834 bytes, checksum: 4ec503f0b12c86465061d9c3d676c251 (MD5) Previous issue date: 2013-01-31 / Nenhuma / O uso de plantas com potencial inseticida vem sendo cada vez mais freqüente uma vez que, medidas de controle que causem menor impacto são de primordial importância no controle de Spodoptera frugiperda, uma Lepidóptera conhecida como Lagarta-do-cartucho-do-milho e principal praga das agriculturas de milho e arroz, não somente pelos danos causados nas lavouras, mas como também pela dificuldade do seu controle, podendo levar a lavoura a uma grande perda de produtividade. As plantas inseticidas vêm estimulando o ressurgimento de extratos vegetais para o controle destes insetos e sendo empregadas por possuir vantagens quando comparados aos produtos químicos, uma vez que, são facilmente biodegradáveis e podem contribuir na produção de inseticidas botânicos. Ao contrário da utilização em lavoura de pesticidas químicos sintéticos não seletivos, este trabalho tem como principal objetivo testar o potencial das toxinas ativas das folhas de 9 plantas medicinais (Aloe sp., Mikania sp., Casearia sylvestris, Syzygium cumini, Plectranthus neochilus, Jodina rombipholia, Piper umbellatum, Artemisia camphorata e Phyllanthus niruri. Os extratos foram obtidos por meio de extração convencional utilizando como solventes: água fria, água quente por decocção e etanol 70%, todos em temperatura ambiente, e extração com fluido supercrítico com dióxido de carbono a temperatura de 40° C e pressão a 100, 150 e 250 bar. O material vegetal foi coletado em São Leopoldo/RS, de Latitude: 29° 45' 39" Leste; Longitude: 51° 08' 50" Oeste, dentro do ciclo vegetativo e os experimentos foram realizados no Laboratório de Microbiologia e Toxicologia da Unisinos. Os bioensaios foram realizados utilizando lagartas de segundo ínstar colocadas sobre dieta artificial de Poitout, sendo 15 indivíduos por tratamento e um controle com água e outro com o solvente utilizado. Os resultados de mostraram significativos para Jodina rhombifoli que apresentou 31% de mortalidade corrigida com solvente etanol 70%. Nos extratos supercríticos os resultados se mostraram significativos para 250 bar, atingindo 97% de MC (CL50 0.00472). Os resultados dos extratos fracionados sugerem que a eficiência de J. rhombifolia para o controle de S. frugiperda esta relacionado ao efeito de sinergismo, sendo assim eficiente para o controle da praga alvo. / The use of plants with insecticidal potential has been increasingly frequent. Control measures that cause less impact are of prime importance in controlling Spodoptera frugiperda, a lepidopteran known as fall armyworm and main pest of the agriculture of maize and rice, not only for the damage to crops, but also for the difficulty of its control, leading to a major loss in the productivity. Insecticide plants have stimulated a resurgence of the use of plant extracts for the control of these insects and are being utilized for possessing advantages when compared to chemicals, since they are easily biodegradable and can contribute to the production of botanical insecticides. Unlike the use of chemical synthetic and nonselective pesticides in agriculture, this work has as main objective to test the potential of active toxins in leaves of 9 medicinal plants (Aloe sp., Mikania sp., Casearia sylvestris, Syzygium cumini, Plectranthus neochilus, Jodina rombipholia, Piper umbellatum, Artemisia camphoratae Phyllanthus niruri). The extracts were obtained by conventional extraction using the following solvents: cold water, hot water decoction and 70% ethanol, all at room temperature, and supercritical fluid extraction with carbon dioxide at the temperature of 40°C and pressure of 100, 150 and 250 bar. The plant material was collected in São Leopoldo / RS Latitude: 29° 45 '39 "East; Longitude: 51° 08' 50" West within their vegetative cycles and the experiments were performed at the Laboratory of Microbiology and Toxicology at Unisinos. Bioassays were performed using second instar larvae placed on artificial diet of Poitout, with 15 subjects per treatment. One control was performed with water and the other with the solvent used. The results showed significant for Jodina rhombifolia, which showed 31% corrected mortality (CM) with ethanol 70% solvent. The results of supercritical extracts were significant for 250 bar, reaching 97% CM (LC 500.00472). The results of fractionated extracts suggest that J. rhombifolia efficiency for the control of S. frugiperda is related to the effect of synergism, thus being effective to control the target pest.

O grande acúmulo de saponinas nos frutos imaturos de erva mate permite considerá-los uma fonte de matéria prima abundante e ainda não explorada para obtenção de saponinas. As saponinas são conhecidas como tensoativos naturais, sendo utilizadas pelas suas propriedades emulsificantes e farmacológicas. O presente estudo teve como principal objetivo avaliar o uso de técnicas de extração emergentes, como Extração assistida por Ultrassom (US), Campo Elétrico Moderado (CEM) e Extração por Fluido Supercrítico (EFS) para a extração seletiva de saponinas a partir de frutos imaturos de erva mate. Foram investigadas três condições de intensidade de ultrassom (565, 423 e 282 W cm-²) e de intensidade de campo elétrico (50, 37,5 e 25 V cm-1) associadas a diferentes temperaturas de operação. A interação das intensidades de ultrassom e de campo elétrico com diferentes temperaturas foi avaliada através do método de superfície de resposta. Para as extrações por fluido super e sub crítico foram utilizadas três condições de pressão (10, 20 e 30 MPa) e posteriormente sua correlação com diferentes vazões de solvente (1,62; 2,22 e 2,78 x10-4 kg s-1) e temperatura (30, 40 e 50 °C) foi investigada através do métodos de superfície de resposta. Curvas de rendimento das extrações em função do tempo foram levantadas para as condições ótimas de campo elétrico e intensidade de ultrassom (37,5 V cm-1 e 565 W cm-², respectivamente) a 40°C. As curvas foram modeladas matematicamente, com ajuste satisfatório, por modelos cinéticos de 1ª e 2ª ordem e também por um modelo difusivo baseado na 2ª Lei de Fick. Para extração supercrítica, foi construída a curva de extração para a condição de 10 MPa e 40 °C e esta curva foi modelada matematicamente. Assim, foram estimados parâmetros relacionados à transferência de massa, importantes para a compreensão fenomenológica dos processos extrativos. Nesse estudo, a extração com CO2 supercrítico mostrou-se tecnicamente viável para a obtenção de saponinas, sendo mais seletiva em relação aos processos por campo elétrico e ultrassom. Os ensaios com ultrassom e campo elétrico conseguiram gerar extratos brutos com até 68,30 e 64,26 μgilexmg-1extrato em massa de equivalente de saponina por massa de extrato, respectivamente. Os extratos obtidos com fluido supercrítico apresentaram elevada seletividade para saponinas, gerando extratos brutos com até 100,9 μgilex mg-1 extrato de saponina por massa de extrato. A pressão de operação não apresentou efeito tanto no rendimento global de extrato quanto no de saponina. / Considering the substantial amount of saponins in unripe yerba mate fruits, they are an abundant source of raw material not exploited yet. Saponins are known as natural surfactants, being used by their emulsifier and pharmacological properties. This study aimed to evaluate emergent extraction techniques such as Ultrasound (US), Moderate Electric Field (MEF) and Supercritical Fluid Extraction (SFE) for the selective extraction of saponins from unripe fruits of yerba mate. Three power conditions (565, 423 and 282W cm-2), electric field intensities (50, 37.5 and 25 V cm-1) and pressure conditions (10, 20 and 30 MPa) were initially assayed for US, MEF and SFE respectively at 40 °C. Power and electric field intensity were found to affect the saponins yields, thus, their correlation with different temperatures were evaluated with a factorial design. At the optimal condition, US and MEF saponins yields were 6.42% and 6.83% (%gilex gextract-1). Extraction yield curves were raised for optimum conditions of electric field and ultrasound power (37.5 V cm-1 and 565 W cm-², respectively). Three different kinetic models were used to model mathematically the overall extraction curves, namely a first-order, second-order, and a mass transfer model based on Fick’s Law. The operating pressure had no effect on either the overall brute extract or saponins yield for SFE. Although the extracts obtained with supercritical fluid showed low brute extracts yields, it was highly selective for saponins yielding up to 10.09%. For supercritical extraction, the extraction curve for 10 MPa and 40 °C was assayed and the experimental data fitted by a mathematical model. Parameters related to mass transfer, important for understanding of the extractive processes, were successfully estimated. In this study, the extraction with ultrasounds, electric field and supercritical CO2 were shown to be technically viable to obtain saponins from unripe yerba mate fruits, being EFS more selective than the other technics studied.

Este estudo visou à utilização da tecnologia que emprega CO2 em estado supercrítico (SFE) para estudar a bioatividade dos diterpenos presentes no óleo de café verde, cafestol (C) e caveol (K), contudo propondo também a otimização de extração com líquido pressurizado (PLE) em batelada, utilizando para isto um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR2). O referido tema tem caráter inovador e inédito, já que a tecnologia de extração com líquido pressurizado, até então empregada para extração de analitos, passa a ser estudada em processos de extração de óleos vegetais tais como, óleo de pequi, óleo de café verde, extrato de sementes de pitanga no LTAPPN. Esta técnica utiliza solventes orgânicos e emprega elevada temperatura de extração, o que aumenta a capacidade de solubilização do solvente, e o emprego de altas pressões que acelera a difusão nos poros da matriz já que a viscosidade do solvente é diminuída. Este comportamento ocasiona maior penetração do solvente na matriz, aumentando sua capacidade de extração. A extração supercrítica (SFE) é uma tecnologia limpa, pois não emprega solventes orgânicos sendo promissora na obtenção de extratos enriquecidos com compostos bioativos que possam desempenhar alguma atividade. O estudo da atividade aguda dos diterpenos presentes no óleo de grãos de café verdes obtidos via SFE e PLE demonstrou que o óleo extraído com CO2 supercrítico, na dose de 2.000 mg/Kg no estudo de toxicidade aguda e nas doses de 25, 50 e 75 mg/Kg no estudo de toxicidade de doses repetidas, não apresentou letalidade aos animais, porém parâmetros bioquímicos, hematológicos e histológicos, apresentaram alterações. Todavia para aplicações do óleo de café verde em produtos desenvolvidos pelas indústrias farmacêuticas, alimentícias e/ou cosméticas, mais estudos de avaliação dos efeitos do óleo de café verde in vivo são necessários. Igualmente, o estudo de inovação tecnológica para obtenção de óleo de café verde visa obter extratos enriquecidos em diterpenos, evitando a degradação e tornando-os mais estáveis. Os resultados obtidos indicam que o óleo dos grãos de café verde extraídos via SFE e PLE (em batelada) possuem altas concentrações dos compostos ativos cafestol e caveol, sendo a condição de melhor rendimento a condição 4 (70º C e 8 min. ) a de maior rendimento de óleo 9,78%. / This study aimed to evaluate the bioactivity of the diterpenes in green coffee oil, cafestol (C), and kahweol (K) using supercritical fluid extraction (SFE- CO2), and to optimize the extraction with pressurized liquid extraction (PLE) in batch by using a rotatable central composite design (RCCD2). This issue has innovative and novel character, since the pressurized liquid extraction technology available until now for analyte extraction has been studied in vegetable oil extraction processes such as Pequi oil, green coffee oil, and Pitanga seeds extracts, at LTAPPN. This technique uses organic solvents and high extraction temperature, which increases the solvent solubilization capacity. The use of high pressure accelerates the diffusion rates into the pores of the matrix, due to the lower solvent viscosity. This behavior provides greater penetration of the solvent into the matrix, increasing solvent extraction capacity. The supercritical fluid extraction (SFE) is a clean technology as it does not employ organic solvents, besides being a promising alternative to obtain extracts enriched with bioactive compounds. The results of the acute activity of diterpenes in green coffee oil extracted by SFE and PLE showed that although no lethality was observed in the animals using the oil extracted by SFE at a dose of 2,000 mg / kg in an acute toxicity study, and 25, 50, and 75 mg / kg in a repeated dose toxicity study, changes were observed in biochemical, hematological, and histological parameters. However, more in vivo studies about the effects of green coffee oil are required for pharmaceutical, food, and cosmetic applications. Similarly, the technological innovation to obtain the green coffee oil aims at obtaining extracts enriched in diterpenes, preventing degradation and increasing stability. The results indicate that green coffee oil extracted by SFE and PLE (in batch) have high concentrations of the active compounds cafestol and kahweol, and the best extraction condition was the trial 4 (70 º C, and 8 min), and the highest oil yield was 9.78%.

A semente de Pitanga é resíduo do processamento da polpa e suco da fruta e os poucos trabalhos existentes sobre sua composição denotam grande valor nutricional. A extração com fluido supercrítico, pelos benefícios que apresenta, constitui uma excelente ferramenta para a obtenção e estudo de extratos. Assim, os objetivos deste trabalho foram obter extratos de sementes de Pitanga utilizando CO2 supercrítico (SC-CO2), caracterizá-los e avaliar possíveis atividades biológicas in vitro. As sementes lavadas, secas e trituradas foram caracterizadas e apresentaram umidade de 12,73%, granulometria de 0,48mm e extrato etéreo de 0,52%. As sementes foram colocadas em contato com o SC-CO2 em diferentes condições de pressão (P) e temperatura (T), conforme um Delineamento Composto Central Rotacional com P e T como variáveis independentes. A condição operacional de rendimento mais elevado foi repetida com etanol como co-solvente (SCEtOH). Para todos os extratos determinou-se o perfil de voláteis por cromatografia gasosa com espectrômetro de massas (CG/EM), a concentração de compostos fenólicos totais (CFT), a atividade antioxidante pela inativação dos radicais DPPH e ABTS, e a presença de terpenos por cromatografia em camada delgada (CCD). Nos extratos, obtidos via SC-CO2, Soxhlet e SC-EtOH, além de sua fração purificada, foram determinadas a concentração inibitória mínima (CIM) com S. aureus, E. coli, B. subtilis e P. aeruginosa, e a inibição da enzima arginase de Leishmania e de rato. O rendimento dos extratos variou de 0,16 a 0,48%, sendo P a única variável que influenciou no processo (p<0,05). Na análise de superfície de resposta constatou-se que os melhores rendimentos foram obtidos a altas pressões, indicando que baixas temperaturas podem ser usadas para não degradar as substâncias termossensíveis. CFT variaram de 17,95 a 73,89 ppm em ácido gálico equivalente (GAE) nos extratos e P e T, no intervalo estudado, não influenciaram (p<0,05) na concentração destes compostos. A presença de terpenos com atividade antioxidante foi detectada preliminarmente, nas análises de CCD. O perfil de voláteis obtidos por CG/EM indicou como componentes majoritários os sesquiterpenos - γ-elemeno (12,54-37,76 ppm equivalente ao limoneno - EqLim) e germacrone (8,44-36,41 ppm EqLim), ambos com reconhecida atividade biológica. A concentração destes sesquiterpenos foi influenciada pela interação entre P e T. A atividade antibacteriana para os quatro extratos foi elevada apresentando uma CIM de 125 ppm para todos os micro-organismos testados. A inibição da enzima arginase foi baixa para o extrato supercrítico, Soxhlet e a fração purificada, porém o extrato SC-EtOH inibiu em até 48% o que indica forte ação contra o desenvolvimento da Leishmania. Ainda, a inibição da arginase em mamíferos tem função vasodilatadora. O extrato SC-EtOH possui compostos diferentes dos demais devido à modificação da polaridade pelo co-solvente (EtOH). Esta hipótese é também constatada pela atividade antioxidante, que foi menor para os extratos supercríticos que para aqueles obtidos com SCEtOH que apresentou maior concentração em equivalente de Trolox e inibição do radical DPPH de 94%. Os resultados mostram extratos de semente de Pitanga altamente promissores para aplicações contra enfermidades devido à ação antimicrobiana e inibitória da arginase. / The Pitanga seed is a waste of the fruit pulp and juice processing, and the few existing studies on its composition denote a high nutritional value. Due to its benefits, the supercritical fluid extraction is an excellent tool to obtain and study extracts. Therefore, the objectives of this study were to obtain extracts of Pitanga seeds using supercritical CO2 (SC-CO2), characterize them and evaluate potential biological activities in vitro. The washed, dried and crushed seeds were characterized and presented 12.73% moisture, particle size of 0.48 mm and 0.52% ether extract. The seeds were placed in contact with the SC-CO2 under different conditions of pressure (P) and temperature (T), according to a Central Composite Design with P and T as independent variables. The operational condition of higher yield was repeated with ethanol as co-solvent (SC-EtOH). For all extracts were determined: the profile of volatiles by gas chromatography with mass spectrometer (CG/ EM), the concentration of total phenolics compound (CFT), the inactivation of antioxidant activity by DPPH and ABTS radicals and the presence of terpenes by layer chromatography (CCD). In the extracts obtained by SC-CO2, Soxhlet and SC-EtOH and its purified fraction, the minimum inhibitory concentration (CIM) with S. aureus, E. coli, B. subtilis and P. aeruginosa were determined, as well as the inhibition of the enzyme arginase of Leishmania and rat. The yield of extracts ranged from 0.16 to 0.48%, being P the only variable that influenced the process (p<0.05). In response surface analysis it was found that the best yields were obtained at high pressures, indicating that low temperatures can be used not to degrade the thermo-sensitive substances. CFT ranged from 17.95 to 73.89 ppm gallic acid equivalent (GAE) in extracts and P and T, over the range studied, did not influence (p<0.05) the concentration of these compounds. The presence of terpene with antioxidant activity was detected preliminary, in the analysis of CCD. The volatile profile obtained by CG/ EM indicated the sesquiterpenes as major components - γ-elemeno (12.54 to 37.76 equivalent to ppm limonene - EqLim) and germacrone (8.44 to 36.41 ppm EqLim), both with recognized biological activity. The concentration of these sesquiterpenes was influenced by the interaction between P and T. The antibacterial activity for the four extracts presented a high CIM of 125 ppm for all microorganisms tested. The inhibition of the enzyme arginase was low for the supercritical extract, Soxhlet and purified fraction, but the SC-EtOH extract inhibited up to 48% indicating strong action against the development of Leishmania. Furthermore, the inhibition of arginase in mammals has a vasodilator function. The SC-EtOH extract possesses different compounds due to the modification of their polarity with the co-solvent (EtOH). This hypothesis is also confirmed by the antioxidant activity, which was lower for the supercritical extracts compared with the extracts obtained with SC-EtOH, with the highest equivalent concentration of Trolox and DPPH radical inhibition of 94%. The results show that extracts of Pitanga seeds are highly promising for applications against diseases, due to antimicrobial activity and inhibition of arginase.

O grande acúmulo de saponinas nos frutos imaturos de erva mate permite considerá-los uma fonte de matéria prima abundante e ainda não explorada para obtenção de saponinas. As saponinas são conhecidas como tensoativos naturais, sendo utilizadas pelas suas propriedades emulsificantes e farmacológicas. O presente estudo teve como principal objetivo avaliar o uso de técnicas de extração emergentes, como Extração assistida por Ultrassom (US), Campo Elétrico Moderado (CEM) e Extração por Fluido Supercrítico (EFS) para a extração seletiva de saponinas a partir de frutos imaturos de erva mate. Foram investigadas três condições de intensidade de ultrassom (565, 423 e 282 W cm-²) e de intensidade de campo elétrico (50, 37,5 e 25 V cm-1) associadas a diferentes temperaturas de operação. A interação das intensidades de ultrassom e de campo elétrico com diferentes temperaturas foi avaliada através do método de superfície de resposta. Para as extrações por fluido super e sub crítico foram utilizadas três condições de pressão (10, 20 e 30 MPa) e posteriormente sua correlação com diferentes vazões de solvente (1,62; 2,22 e 2,78 x10-4 kg s-1) e temperatura (30, 40 e 50 °C) foi investigada através do métodos de superfície de resposta. Curvas de rendimento das extrações em função do tempo foram levantadas para as condições ótimas de campo elétrico e intensidade de ultrassom (37,5 V cm-1 e 565 W cm-², respectivamente) a 40°C. As curvas foram modeladas matematicamente, com ajuste satisfatório, por modelos cinéticos de 1ª e 2ª ordem e também por um modelo difusivo baseado na 2ª Lei de Fick. Para extração supercrítica, foi construída a curva de extração para a condição de 10 MPa e 40 °C e esta curva foi modelada matematicamente. Assim, foram estimados parâmetros relacionados à transferência de massa, importantes para a compreensão fenomenológica dos processos extrativos. Nesse estudo, a extração com CO2 supercrítico mostrou-se tecnicamente viável para a obtenção de saponinas, sendo mais seletiva em relação aos processos por campo elétrico e ultrassom. Os ensaios com ultrassom e campo elétrico conseguiram gerar extratos brutos com até 68,30 e 64,26 μgilexmg-1extrato em massa de equivalente de saponina por massa de extrato, respectivamente. Os extratos obtidos com fluido supercrítico apresentaram elevada seletividade para saponinas, gerando extratos brutos com até 100,9 μgilex mg-1 extrato de saponina por massa de extrato. A pressão de operação não apresentou efeito tanto no rendimento global de extrato quanto no de saponina. / Considering the substantial amount of saponins in unripe yerba mate fruits, they are an abundant source of raw material not exploited yet. Saponins are known as natural surfactants, being used by their emulsifier and pharmacological properties. This study aimed to evaluate emergent extraction techniques such as Ultrasound (US), Moderate Electric Field (MEF) and Supercritical Fluid Extraction (SFE) for the selective extraction of saponins from unripe fruits of yerba mate. Three power conditions (565, 423 and 282W cm-2), electric field intensities (50, 37.5 and 25 V cm-1) and pressure conditions (10, 20 and 30 MPa) were initially assayed for US, MEF and SFE respectively at 40 °C. Power and electric field intensity were found to affect the saponins yields, thus, their correlation with different temperatures were evaluated with a factorial design. At the optimal condition, US and MEF saponins yields were 6.42% and 6.83% (%gilex gextract-1). Extraction yield curves were raised for optimum conditions of electric field and ultrasound power (37.5 V cm-1 and 565 W cm-², respectively). Three different kinetic models were used to model mathematically the overall extraction curves, namely a first-order, second-order, and a mass transfer model based on Fick’s Law. The operating pressure had no effect on either the overall brute extract or saponins yield for SFE. Although the extracts obtained with supercritical fluid showed low brute extracts yields, it was highly selective for saponins yielding up to 10.09%. For supercritical extraction, the extraction curve for 10 MPa and 40 °C was assayed and the experimental data fitted by a mathematical model. Parameters related to mass transfer, important for understanding of the extractive processes, were successfully estimated. In this study, the extraction with ultrasounds, electric field and supercritical CO2 were shown to be technically viable to obtain saponins from unripe yerba mate fruits, being EFS more selective than the other technics studied.

O grande acúmulo de saponinas nos frutos imaturos de erva mate permite considerá-los uma fonte de matéria prima abundante e ainda não explorada para obtenção de saponinas. As saponinas são conhecidas como tensoativos naturais, sendo utilizadas pelas suas propriedades emulsificantes e farmacológicas. O presente estudo teve como principal objetivo avaliar o uso de técnicas de extração emergentes, como Extração assistida por Ultrassom (US), Campo Elétrico Moderado (CEM) e Extração por Fluido Supercrítico (EFS) para a extração seletiva de saponinas a partir de frutos imaturos de erva mate. Foram investigadas três condições de intensidade de ultrassom (565, 423 e 282 W cm-²) e de intensidade de campo elétrico (50, 37,5 e 25 V cm-1) associadas a diferentes temperaturas de operação. A interação das intensidades de ultrassom e de campo elétrico com diferentes temperaturas foi avaliada através do método de superfície de resposta. Para as extrações por fluido super e sub crítico foram utilizadas três condições de pressão (10, 20 e 30 MPa) e posteriormente sua correlação com diferentes vazões de solvente (1,62; 2,22 e 2,78 x10-4 kg s-1) e temperatura (30, 40 e 50 °C) foi investigada através do métodos de superfície de resposta. Curvas de rendimento das extrações em função do tempo foram levantadas para as condições ótimas de campo elétrico e intensidade de ultrassom (37,5 V cm-1 e 565 W cm-², respectivamente) a 40°C. As curvas foram modeladas matematicamente, com ajuste satisfatório, por modelos cinéticos de 1ª e 2ª ordem e também por um modelo difusivo baseado na 2ª Lei de Fick. Para extração supercrítica, foi construída a curva de extração para a condição de 10 MPa e 40 °C e esta curva foi modelada matematicamente. Assim, foram estimados parâmetros relacionados à transferência de massa, importantes para a compreensão fenomenológica dos processos extrativos. Nesse estudo, a extração com CO2 supercrítico mostrou-se tecnicamente viável para a obtenção de saponinas, sendo mais seletiva em relação aos processos por campo elétrico e ultrassom. Os ensaios com ultrassom e campo elétrico conseguiram gerar extratos brutos com até 68,30 e 64,26 μgilexmg-1extrato em massa de equivalente de saponina por massa de extrato, respectivamente. Os extratos obtidos com fluido supercrítico apresentaram elevada seletividade para saponinas, gerando extratos brutos com até 100,9 μgilex mg-1 extrato de saponina por massa de extrato. A pressão de operação não apresentou efeito tanto no rendimento global de extrato quanto no de saponina. / Considering the substantial amount of saponins in unripe yerba mate fruits, they are an abundant source of raw material not exploited yet. Saponins are known as natural surfactants, being used by their emulsifier and pharmacological properties. This study aimed to evaluate emergent extraction techniques such as Ultrasound (US), Moderate Electric Field (MEF) and Supercritical Fluid Extraction (SFE) for the selective extraction of saponins from unripe fruits of yerba mate. Three power conditions (565, 423 and 282W cm-2), electric field intensities (50, 37.5 and 25 V cm-1) and pressure conditions (10, 20 and 30 MPa) were initially assayed for US, MEF and SFE respectively at 40 °C. Power and electric field intensity were found to affect the saponins yields, thus, their correlation with different temperatures were evaluated with a factorial design. At the optimal condition, US and MEF saponins yields were 6.42% and 6.83% (%gilex gextract-1). Extraction yield curves were raised for optimum conditions of electric field and ultrasound power (37.5 V cm-1 and 565 W cm-², respectively). Three different kinetic models were used to model mathematically the overall extraction curves, namely a first-order, second-order, and a mass transfer model based on Fick’s Law. The operating pressure had no effect on either the overall brute extract or saponins yield for SFE. Although the extracts obtained with supercritical fluid showed low brute extracts yields, it was highly selective for saponins yielding up to 10.09%. For supercritical extraction, the extraction curve for 10 MPa and 40 °C was assayed and the experimental data fitted by a mathematical model. Parameters related to mass transfer, important for understanding of the extractive processes, were successfully estimated. In this study, the extraction with ultrasounds, electric field and supercritical CO2 were shown to be technically viable to obtain saponins from unripe yerba mate fruits, being EFS more selective than the other technics studied.

Orientador: Fernando Antonio Cabral / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-10T11:36:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Piantino_CarlaRoberta_M.pdf: 1329816 bytes, checksum: a1ff2a32e69a174c17fb18c61821b0db (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Extratos de folhas de Baccharis dracunculifolia foram obtidos usando como solventes, o dióxido de carbono supercrítico (SC-CO2), o etanol e o metano. Coletou-se também em alguns ensaios de SC-CO2, a fração + voláteis do óleo essencial pela captura em armadilha com adsorvente Porapak-Q. Os ensaios com SC-CO2 foram realizados em triplicata nas pressões de 200, 300 e 400 bar e nas temperaturas de 40, 50 e 60°C. Mediram-se o rendime nto global de extração (Xo), a atividade antioxidante por seqüestro do radical DPPH e a atividade antimicrobiana pelo método de difusão em disco. Cromatografia líquida de alta eficiência em fase reversa (CLAE-FR) foi utilizada para determinação de quatro compostos fenólicos: ácido 3,5-diprenil-4-hidroxicinâmico (DHCA, também conhecido como Artepillin C), ácido 3-prenil-4-hidroxicinâmico (PHCA), ácido 4-hidroxicinâmico (ácido p-cumárico); 4¿-metoxi-3,5,7-triidroxiflavona (canferide). A composição dos óleos essenciais foi obtida por análise de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa (CG-EM). Os rendimentos globais de extração (Xo) obtidos pelos métodos convencionais com etanol e metanol foram respectivamente 6,11 e 10,94%, sendo maiores que os valores entre 2,40 e 4,71% obtidos por SC-CO2. Observou-se que a concentração dos componentes fenólicos analisados nos extratos supercríticos obtidos a 60oC e 400 bar foi maior que nos extratos alcoólicos, exceto para o ácido p-cumárico e os rendimentos de extração de canferide, Artepillin C e PHCA foram 156%, 98% e 64%, respectivamente, maiores nos ensaios com SC-CO2 que nos extratos alcoólicos. O rendimento médio dos voláteis foi de 0,17% e esses voláteis apresentaram teores de monoterpenos entre 16,5 e 26,5%, teores de hidrocarbonetos sesquiterpênicos de 60,8 a 74,3% e teores de álcoois sesquiterpênicos de 5,1 a 10,7%. Os melhores resultados de atividade antioxidante foram encontrados no extrato etanólico (ED50 = 26,68 µg/mL) e no extrato supercrítico obtido a 50ºC e 300 bar com 5% de etanol na matriz (ED50 = 23,88 µg/mL). Todos os extratos, exceto o metanólico, apresentaram atividade antimicrobiana contra Staphylococcus aureus / Abstract: Extracts from Baccharis dracunculifolia leaves were obtained using the following solvents: supercritical carbon dioxide (SC-CO2), ethanol and methanol. The most fraction + volatiles of essential oil of some SC-CO2 trials was obtained by trapping it on adsorbent Porapak-Q. Supercritical extraction was carried out in triplicate at temperatures of 40, 50 and 60ºC and pressures of 200, 300 and 400 bar. The global extraction yields (X0), the antioxidant activity using DPPH radical scavenging and the antimicrobial activity using the disk diffusion method were determined. Four phenolic compounds were analyzed in the extracts by reversed phase highperformance liquid chromatography (RP-HPLC): 3,5-diprenyl-4-hydroxycinnamic acid (DHCA or Artepillin C); 3-prenyl-4-hydroxycinnamic acid (PHCA); 4- hydroxycinnamic acid (p-coumaric acid) and 4¿-methoxy-3,5,7-trihydroxyflavone (kaempferide). The essential oils' composition was evaluated by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS). The global extraction yields (X0) obtained by the conventional methods with ethanol and methanol were 6.11 and 10.94%, respectively. These results were higher than the ones obtained by SC-CO2 (between 2.40 and 4.71%). In the supercritical extracts obtained at 60ºC and 400 bar, the concentration of analysed phenolic compounds were higher than in the alcoholic extracts (except to p-coumaric acid), and the extraction yields of kaempferide, artepillin C and PHCA, were 156%, 98% and 64% higher, respectively, than in the alcoholic extracts. The average yield of volatiles obtained from supercritical extration was 0.17%. These volatiles presented monoterpenes contents between 16.5% and 26.5%, sesquiterpene hydrocarbons contents 60.8% and 74.3%, and sesquiterpene alcohols between 5.1% and 10.7%. The ethanolic extract (ED50 = 26.68 µg/mL) and the supercritical extract obtained at 50ºC and 300 bar with 5% of ethanol in the matrix (ED50 = 23.88 µg/mL) were shown to have the higher antioxidant activities among all the studied extracts. All extracts, except the methanolic one, presented antimicrobial activity against Staphylococcus aureus / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Maria Angela de Almeida Meireles / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-13T05:30:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Takeuchi_ThaisMassue_D.pdf: 62789332 bytes, checksum: 0f1f53dcca615588eadb1e70a9ea77ff (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Isotermas de rendimento global (IRG) foram construídas com o objetivo de avaliar as melhores condições de temperatura e pressão para a obtenção do extrato supercrítico da macela (Achyrocline satureioides). As extrações foram realizadas a 30, 45 e 60°C e 100, 150, 200, 250 e 300 bar utilizando-se CO2 supercrítico puro, e a 30 e 45°C e 100, 200 e 300 bar utilizando-se a mistura CO2 supercrítico + etanol (20 % v/v) como solvente de extração. Os extratos foram avaliados em relação às suas propriedades funcionais (atividade antioxidante, compostos fenólicos totais e flavonóides totais) e às suas composições (cromatografias gasosa e de camada delgada). Amostras de extrato de macela obtidas através de métodos de extração com solvente a baixa pressão (ESBP) também foram submetidos às mesmas análises e serviram como parâmetro de comparação. Os dados experimentais indicaram que, no caso da utilização do CO2 puro, os melhores resultados, em termos de rendimento, composição e funcionalidade dos extratos, foram obtidos a 45°C e 200 bar. Por outro lado, a adição do etanol como co-solvente indicou uma elevação da polaridade do solvente supercrítico, facilitando a extração de compostos relativamente polares como os fenólicos e, mais especificamente, os flavonóides, com teores comparáveis aos dos extratos obtidos através de métodos de ESBP. As inflorescências de macela também foram submetidas a experimentos cinéticos de extração supercrítica, sem e com a adição de etanol como co-solvente. Os experimentos realizados com CO2 puro foram dedicados ao estudo da influência da geometria de leito sobre a cinética de extração e à estimativa do custo de manufatura do extrato supercrítico de A. satureioides. Já os experimentos cinéticos realizados com co-solvente tiveram o objetivo de avaliar a influência da variação de parâmetros como o teor de co-solvente, a vazão de extração, e a aplicação de período estático sobre a cinética de extração. Subseqüentemente, foi realizado um estudo da etapa de separação dos processos de extração supercrítica do óleo de cravo-da-índia (Eugenia caryophyllus) e do extrato de vetiver (Vetiveria zizanoides) através de simulações do equilíbrio de fases que acontece dentro do separador, com o auxílio do software SuperPro® Designs 6.0. Para tanto, partiuse de dados encontrados da literatura em relação aos parâmetros de processo e às composições dos extratos de ambas as espécies. Esta investigação não pôde ser realizada tendo como base o extrato da macela em decorrência da dificuldade de identificação de seus compostos majoritários. Adicionalmente, no caso do óleo de cravo-da-índia, os resultados obtidos através das simulações foram incorporados às estimativas de seu custo de manufatura, de forma a possibilitar a análise do impacto dos parâmetros de operação do separador sobre o custo de produção deste óleo. A análise dos resultados obtidos levou em consideração o fato de o sistema CO2 supercrítico + óleo de cravo-da-índia apresentar diversas características extremamente favoráveis, não apenas à etapa extrativa, como também à etapa de separação, e que são praticamente exclusivas ao processo de extração supercrítica deste óleo / Abstract: Global Yield Isotherms (GYI) have been built with the aim of evaluating the best temperature and pressure conditions for the obtaining of the macela¿s (Achyrocline satureioides) supercritical extract. The extraction experiments were performed at 30, 45 and 60°C and 100, 150, 200, 250, and 300 bar, using pure supercritical CO2 as the extraction solvent, and at 30 and 45°C and 100, 200 and 300 bar, using the mixture supercritical CO2 + ethanol (20 % v/v). The resulting extracts were evaluated in terms of their functional properties (antioxidant activity, total phenolic compounds and total flavonoids) and compositions (gas and thin layer chromatographies). Samples of macela extracts obtained through low pressure solvent extraction (LPSE) have also been subjected to the same analysis methods in order to make it possible to compare them to the supercritical extracts samples. The experimental data indicated that, in the case of the utilization of pure CO2 as the extraction solvent, the best results, in terms of yield, composition and functional properties of the extracts, were obtained at 45°C and 200 bar. On the other hand, the addition of ethanol as a co-solvent probably increased the polarity of the supercritical solvent, enhancing the obtaining of relatively polar compounds as the phenolics and, more specifically, the flavonoids, with concentrations comparable to those of the LPSE extracts. The macela flowers were also subjected to supercritical extraction kinetics experiments, with and without the addition of ethanol as co-solvent. The kinetic experiments performed with pure CO2 had the purpose of evaluating the bed geometry influence on the extraction kinetics and to serve as a database for the cost of manufacture estimation for the A. satureioides extract. In the case of the kinetic experiments performed with ethanol as co-solvent, the objective was the evaluate the influence of some process parameters variations as the ethanol/ CO2 relation, the extraction solvent flow rate and the application of a static period on the extraction kinetics. Subsequently, it was developed a study on the separation step of the clove (Eugenia caryophyllus) and vetiver (Vetiveria zizanoides) supercritical extraction processes through simulations of the phase equilibrium that takes place inside the separation vessel, with the aid of the software SuperPro® Designs 6.0. Experimental data such as process parameters and extracts¿ compositions (for both species) were obtained from literature. This investigation could not be performed for the separation step of the supercritical extraction of macela due to difficulties related to the extract¿s major compounds identification. Additionally, in the clove oil case, the separation step simulation results have been incorporated to the cost of manufacturing estimations, in such a way that it was possible to analyze the impact of the separator performance on the production costs. Throughout the process of results analyses, the fact that the system supercritical CO2 + clove oil presents several extremely favorable characteristics, not only related to extraction step, but also to the separation step, which are practically exclusively to the supercritical extraction of the clove oil, was taken into consideration / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Fernando Antonio Cabral / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-08T22:12:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FollegattiRomero_LuisAlberto_M.pdf: 666792 bytes, checksum: 9ae97012c5bd9df738d34f847f6ef5b7 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A extração supercrítica do óleo das sementes de sacha inchi (plukenetia volubilis L.) usando CO2 como solvente é apresentada neste estudo. O objetivo foi investigar os principais efeitos das variáveis de processo como a pressão, a temperatura e o diâmetro médio de partícula (0,387, 0,595 e 0,842 mm) no rendimento da extração. O rendimento de extração aumentou com a diminuição do diâmetro de partícula, indicando a importância do efeito da difusão intra-partícula nas partículas maiores (0,842 mm). A extração supercrítica foi realizada a 30 e 40 MPa, temperaturas de 40, 50 e 60°C, utilizando 0,842 mm de diâmetro de partícula a uma vazão de 1,5L de CO2/min. O rendimento máximo de extração para as sementes trituradas foi de 92%, obtido a 40MPa, 60°C e 0,842 mm de diâmetro médio de partícula. Para extração por prensagem a frio, seguida da extração supercrítica a 40Mpa, 60ºC e 0,716 mm de diâmetro médio geométrico da partícula o rendimento total de extração foi de 99%. A solubilidade do óleo da semente de Sacha inchi em dióxido de carbono supercrítico (SC-CO2) foi medida nas temperaturas de 40 e 60 °C e pressões entre 10 e 40 MPa. Os valores de solubilidade mostraram um comportamento retrógrado, abaixo de 35 MPa a solubilidade diminuiu com o aumento da temperatura.A tendência observada acima desta pressão foi um aumento da solubilidade com o aumento da temperatura a pressão constante. O modelo matemático de Chrastil foi usado para correlacionar os valores experimentais de solubilidade. O conteúdo de óleo determinado com hexano em equipamentos soxhlet foi de 54,32% e o rendimento de óleo extraído por prensagem a frio foi de 46,8%. As características físicas e químicas do óleo foram obtidas. As composições em ácidos graxos do óleo obtido por SC-CO2 e do óleo obtido com hexano não apresentaram diferenças significativas. O principal ácido graxo foi o ácido alfa-linolênico (Ômega-3) aproximadamente 50,5%, seguido peloácido linoléico (34,12%) e ácido aléico (14%). O conteúdo de ácidos graxos livres (AGL) e de tocoferóis (tocoferol e tocotrienol) dos óleos obtidos por SC-CO2, solvente e prensagem a frio foram determinados. O conteúdo de tocoferóis so óleo extraído com SC-CO2 variou de 222,8 a 306,8 mg/100g, do óleo extraído por prensagem a frio foi 278,4 mg/100g e do óleo extraído com hexano foi 238,7 mg/100g. O teor de AGL no óleo extraído com hexano foi de 2,98% (medido como % de ác. Linolênico), ligeiramente menor do que aquele extraído por prensagem a frio (3,75%) e SC-CO2 (3,97-4,26%). O óleo de sementes de Sacha inchi pode ter grande potencial debtro do mercado crescente de óleos especiais / Abstract: The supercritical fluid extraction of oil from sacha inchi (plukenetia volubilis L.) seeds, using Co2 as a solvent, it is presented in this study. The objective was to investigate the main process parameters such as extraction pressure and temperature, mean particle size of (0,387, 0,595 and 0,842 mm) on the extraction yield. The extraction yield increased as the particle size decreased, indicating the importance of the effect of the intraparticle diffusion in larger particles (0,84 mm). The extraction was carried out at operating pressures of 30 and 40 MPa, operating temperatures of 40, 50 and 60°C, particle 0,84 mm and flow rate of CO2 1,5L/min. Maximum extraction yield was 92% obtained at 40 MPa, 60°C, 0.84 mm of particle sizes and 1.5 L of CO2/min. For the cold-pressed extraction, followed of supercritical extraction 40 MPa, 60ºC and 0,716 mm of geometric average diameter of the particle, the maximum extraction yield was 99%. The solubility of Sacha inchi seed oil in supercritical carbon dioxide (SC-CO2) were measured in the temperatures from 40 to 60 °C and pressures between 10 and 40 MPa. Under working conditions, the values of solubility showed retrograde behavior. Solubility, increase with pressure and temperature above the crossover pressure, which found between 30 and 40 MPa, and decreased with temperature below the crossover pressure. Mathematical modeling (Chrastil) of the solubility. The oil content was 54,32% and 46.80% determined bu solvent extraction and cold-pressed, respectively. Physical and chemical characteristics of the oil were obtained. The results in terms of fatty acid compositions of oil obtained with SC-CO2 were compared with those obtained when hexano was used as the solvent, and no significant differences between the oils extracted by both methods were found. The main fatty acid was alpha-linolênico acid (Ômega-3) making up 50.5%, followed by linoleic acid (34,12%) and oleic acid (14%). The level of FFA and tocol composition (tocoferol and tocotrienol) contents of the oils obtained by SC-CO2, solvent and cold-pressed extraction was determined. Tocol content of the SC-CO2 - extracted oil varied from 222.85 to 306.82 mg/100g, which was higher than that of hexane-extraced oil (238.72 mg/100g) and cold-pressed oil (278.4 mg/100g). The level of FFA in the solvent-extraced oils (2.98%) (% as ác. Linolenic) was lower than cold-pressed extraced oil (3.75%) and SC-CO2)-extraced oils (3.97-4.26%). Sacha inchi seed oil may have potential in the growing specialty oil market / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos