Orientadores: Fernando Antonio Cabral, Carmen Lucia Queiroga / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-24T20:47:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bitencourt_RaphaelaGabri_M.pdf: 3804854 bytes, checksum: 637f4c96c752119c1bf3fe68678e9bbb (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Saponinas são compostos que se destacam por apresentarem ações farmacológicas, e também por serem empregadas nas indústrias de alimentos e de cosméticos devido às suas propriedades físico-químicas, tais como agentes de superfície. Processos de extração com dióxido de carbono supercrítico (scCO2), como substituto de solventes orgânicos tóxicos representam uma boa opção para extração de compostos bioativos, pois produzem extratos e resíduos isentos de solventes indesejáveis sendo, portanto, tecnologias limpas. Neste sentido, este trabalho teve como objetivo extrair e fracionar saponinas a partir de três fontes vegetais, sendo elas raízes de Pfaffia glomerata e de Hebanthe eriantha, conhecidas como ginseng brasileiro, e frutos de Melia azedarach, utilizando um processo sequencial em leito fixo usando scCO2, etanol e água como solventes. As extrações foram realizadas a 50 oC e 300 bar e em quatro etapas sequenciais. Na primeira etapa utilizou-se como solvente scCO2, na segunda escoou-se pelo leito fixo uma mistura scCO2 + etanol na proporção 70:30 (m/m) e, etanol puro e uma mistura etanol/água (70:30 v/v) foram usados nas terceira e quarta etapas, respectivamente. A eficiência do processo de extração e fracionamento foi avaliada com base: 1) nos valores de rendimento de extração, 2) na presença de saponinas, as quais foram monitoradas por cromatografia em camada delgada (CCD) e 3) pela capacidade de redução da tensão superficial de soluções aquosas. Os extratos de M. azedarach ainda foram avaliados quanto ao teor de fenóis e flavonoides totais, perfil químico de compostos voláteis por CG- EM e por espectrometria de massas (ESI-EM). As raízes estudadas apresentaram curvas de extração (cinética) e rendimento semelhantes entre si nas três primeiras etapas. Os rendimentos de extração para as quatro etapas de extração foram 0,16; 0,55; 1,00 e 6,9 % para raízes de P. glomerata e 0,17; 0,58; 0,89 e 28 % para raízes de H. eriantha, respectivamente, indicando presença majoritária de compostos de maior polaridade nestas espécies. Os rendimentos de extração a partir de frutos de M. azedarach apresentaram-se maiores (7,6; 6,4; 19 e 12,3 %) que os de raízes de ginseng brasileiro. As análises por CCD mostraram que o processo de extração foi seletivo de acordo com a polaridade do solvente utilizado, fornecendo frações enriquecidas em diferentes compostos. Os extratos das três matrizes vegetais obtidos pela mistura de dióxido de carbono e etanol (SCEE) apresentaram a maior redução da tensão superficial, apresentando valores de 25,0; 25,0 e 26,9 mN.m-1 para P. glomerata, H. eriantha e M. azedarach, respectivamente, contra 36,3 mN.m-1 para solução de surfactante sintético (dodecil sulfato de sódio). Este resultado sugere que esta capacidade está associada a presença de saponinas de menor polaridade. E, ainda, verificou-se que as saponinas de ginseng brasileiro apresentam concentração micelar crítica (CMC) ? 20 g.L-1. Os maiores teores de compostos fenólicos dos extratos de M. azedarach foram obtidos nos extratos hidroalcoólico (21,6 mg de EAG/g de extrato) e SCEE (20,6 mg de EAG/g de extrato). Não foi verificada presença significativa de compostos voláteis em frutos de M. azedarach por CG-EM. Análises de EM identificaram ácidos graxos (linoleico, palmítico e mirístico) e azedaraquina C (limonoide) no extrato supercrítico e compostos fenólicos (ácido cafeico e ácido málico) nos demais extratos. Por fim, o dióxido de carbono supercrítico mostrou-se seletivo às saponinas com maior capacidade de reduzir a tensão superficial de soluções aquosas, quando utilizado com etanol como cossolvente e, no geral, o processo de extração sequencial em leito fixo utilizando o solventes "verdes" apresentou-se como uma boa alternativa ao uso de solventes orgânicos para extrair e fracionar saponinas presentes em diferentes fontes vegetais / Abstract: Saponins are compounds that stand out due to their pharmacological actions, and also because they are employed by food and cosmetics industry due to its physicochemical properties, such as surfactants. Extraction processes with supercritical carbon dioxide (scCO2) as a substitute of toxic organic solvents represent a good option for extracting biocompounds since they obtain free of undesirable solvents extracts and residues thus being a green technology. Therefore, this study aimed to extract and fractionate saponins of three plant sources: roots of Pfaffia glomerata and Hebanthe eriantha (Brazilian ginseng) and fruits of Melia azedarach, by a sequential process in fixed bed using scCO2, ethanol and water as solvents. The extractions were performed at 50 °C and 300 bar in four sequential steps. In the first step scCO2 was used as solvent; in the second scCO2/ethanol mixture, mass ratio 70:30 (w/w); pure ethanol and ethanol/water mixture 70:30 (v/v) were used in the third and fourth stages, respectively. The efficiency of extraction and fractionation process was evaluated based on: 1) the extraction yield, 2) presence of saponins, which were monitored by thin layer chromatography (TLC) and 3) the potential of extracts to reduce the surface tension of aqueous solutions. The extracts of Melia azedarach also were evaluated for their content of total phenols and flavonoids, chemical profile by GC-MS and mass spectrometry (ESI-MS). The roots studied presented similar overall extraction curves (kinetic) and yields in the first three steps. The extraction yields for the four stages of extraction were 0.16, 0.55, 1.00 and 6.9 % for roots of P. glomerata and 0.17, 0.58, 0.89 and 28 % for H. eriantha roots, respectively, showing predominant presence of polar compounds in these species. The extraction yields from fruits of M. azedarach were higher (7.6, 6.4, 19 and 12.3 %) than roots of Brazilian ginseng. Analyses by TLC indicated that process was selective in accordance with the polarity of the solvent used providing fractions enriched in different compounds. The extracts of three plant matrices obtained by carbon dioxide and ethanol mixture (SCEE) presented highest ability to reduce surface tension, with values of 25.0, 25.0 and 26.9 mN.m- 1 for P. glomerata, H. eriantha and M. azedarach, respectively, against 36.3 mN.m-1 for a synthetic surfactant solution (sodium dodecyl sulphate). This result suggests that ability is associated with the presence of less polar saponins. And further, Brazilian ginseng saponins have critical micelle concentration (CMC) ? 20 g.L-1. The highest levels of phenolic compounds of M. azedarach were obtained in hydroalcoholic extract (21.6 mg EAG/g extract) and SCEE (20.6 mg EAG/g extract). It was not observed a significant presence of volatile compounds in fruits of M. azedarach by GC-MS. ESI-MS analyses identified fatty acids (linoleic, palmitic and myristic acid) and azedarachin C (limonoid) in supercritical extract (SCE) and the presence of phenolic compounds (caffeic and malic acid) in the other extracts. Finally, the supercritical carbon dioxide has shown to be selective for saponins with the highest capacity to reduce the surface tension of water when used with ethanol as cosolvent. In general, process of sequential fixed bed extraction with green solvents represents a great alternative instead of using organic solvents to extract and fractionate saponins present in different plant sources / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestra 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 2018-08-25T04:15:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Debien_IsabelCristinadoNascimento_D.pdf: 14354516 bytes, checksum: 30a73e64c77ed62ec9c96b7c5a8067b0 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: O presente projeto de doutorado foi desenvolvido em duas etapas: (1) Estudo da extração com fluido supercrítico e com líquido pressurizado dos ecdisteróides do Ginseng brasileiro (Pfaffia glomerata) e (2) Estudo do equilíbrio de fases de sistemas complexos. Etapa 1: Espécies do gênero Pfaffia são popularmente conhecidas como substituto do gênero Panax devido a sua morfologia e propriedades bioativas semelhantes. Dentre as espécies do gênero Pfaffia, a Pfaffia glomerata, popularmente conhecida como Ginseng brasileiro, se destaca devido à presença de ecdisteróides. Comercialmente, esse composto é obtido através de métodos convencionais de extração sólido-líquido, onde uma grande quantidade de solvente é utilizada. Atualmente, há um crescente interesse por métodos de extração que agridam menos o meio ambiente, como é o caso da extração com fluido supercrítico (SFE) e com líquido pressurizado (PLE) que possibilitam a extração de compostos bioativos utilizando altas temperaturas e pressões com menor consumo de solvente. Nessa etapa do trabalho os objetivos foram: (a) realizar um estudo preliminar da extração com fluido supercrítico da beta-ecdisona das raízes de Ginseng brasileiro (Pfaffia glomerata). Foram avaliados os efeitos da pressão (20 e 30 MPa) e quantidade de cossolvente utilizada (15, 75 e 90 % de etanol) no comportamento da curva global de extração (OEC) e no teor de beta-ecdisona no extrato. Usando dióxido de carbono (CO2): etanol (EtOH) (85:15, v/v) como solvente a 20 MPa, maiores quantidade de beta-ecdisona foram obtidas em um menor tempo de processo. O aumento da proporção de etanol na mistura (cossolvente) resultou no aumento do rendimento da extração e do teor de beta-ecdisona em relação a quantidade de matéria-prima; (b) realizar um estudo da extração com líquido pressurizado da beta-ecdisona das raízes de Ginseng brasileiro. Foram avaliados os efeitos da temperatura (333 ¿ 393 K), pressão (8 ¿ 30 MPa) e do solvente (EtOH e EtOH : H2O (80:20 v/v)) no rendimento global, atividade antioxidante e teor de beta-ecdisona dos extratos. O aumento da temperatura ocasionou o aumento do rendimento global, chegando a 25 % (base seca). Assim, pode-se concluir que aumentando a temperatura a seletividade do solvente diminui, uma vez que ocorre a coextração de outros compostos além dos ecdisteróides. Extratos com maior atividade antioxidante foram obtidos quando o solvente de extração é a mistura EtOH: H2O (80:20, v/v). Quando o EtOH puro foi usado como solvente uma maior recuperação de beta-ecdisona foi obtida. Cerca de 5 % de beta-ecdisona nos extratos foi obtida usando etanol a 393 K, enquanto a pressão não afetou significativamente. Assim a melhor condição de extração em termos do teor de beta-ecdisona (393 K, 8 MPa e etanol como solvente) foi selecionada para a realização do estudo cinético. Na OEC foi possível observar que na primeira hora de extração aproximadamente 70 % do total do rendimento e 74 % do total de massa de beta-ecdisona foi obtido. O custo de manufatura foi avaliado na condição da cinética, onde foram obtidos maiores teores de beta-ecdisona quanto maior a capacidade do extrator. Os custos de manufatura, tanto em relação a quantidade de extrato quanto em relação a quantidade de beta-ecdisona recuperada no processo de PLE, foram 14 e 8 vezes maiores do que os obtidos no processo de SFE, respectivamente. Etapa 2: Polímeros biodegradáveis tem recebido maior atenção devido ao seu potencial para aplicações na área médica e na indústria de alimentos, dentre eles o poli (L-lactídeo) (PLA) principalmente por causa da sua biocompatibilidade e características sustentáveis. Ao longo dos últimos anos, a síntese de tais biopolímeros pela reação de polimerização utilizando a técnica de abertura do anel aromático catalisada enzimaticamente em fluidos comprimidos tem se mostrado bastante promissora. O objetivo nessa etapa do trabalho foi medir os dados de equilíbrio de fases dos sitemas L-ácido láctico + (propano + etanol) e L-ácido láctico + (CO2 + etanol). Os experimentos foram realizados numa célula de equilíbrio de fases com visualização utilizando o método estático sintético, em temperaturas de 323,15 a 353,15 K e pressões até 25 MPa, mantendo constante a fração mássica de etanol:CO2 (ou propano) de 1:9. Para o sistema L-ácido láctico + (propano + etanol) foram observadas as transições líquido-vapor, líquido-líquido e líquido-líquido-vapor, enquanto que para o sistema L-ácido láctico + (CO2 + etanol) foram observadas somente as transições líquido-líquido. Os resultados mostraram que o sistema L-ácido láctico + (propano + etanol) apresenta transições do tipo UCST (Upper Critical Solution Temperature) e um UCEP (Upper Critical End Point), enquanto o sistema L-ácido láctico + (CO2 + etanol) apresenta um comportamento do tipo LCST (Lower Critical Solution Temperature). Foi realizada a modelagem termodinâmica dos dados experimentais obtidos utilizando a equação de estado de Peng-Robinson com regra de mistura quadrática de van der Waals (PR-vdW2) e com regra de mistura de Wong-Sandler (PR-WS). Os resultados mostraram que os modelos PR-vdW2 e PR-WS foram capazes de representar satisfatoriamente o comportamento de fases do sistema L-ácido láctico + (dióxido de carbono + etanol). Entretanto, para o sistema L-ácido láctico + (propano + etanol), o modelo PR-vdW2 não foi capaz de descrever apropriadamente o seu comportamento / Abstract: The doctoral project is being developed in two steps: (1) Supercritical fluid and pressurized liquid extraction study of Brazilian ginseng (Pfaffia glomerata) ecdysteroids and (2) Phase equilibrium data of complex systems. Step 1: Species of the genus Pfaffia are popularly known as substitute for Panax due their similar morphology and bioactive properties. Among them, Pfaffia glomerata has received special attention due the presence of ecdysteroids. Commercially, this compound is obtained by conventional solid-liquid extraction methods, that is, using large quantities of solvents. Nowadays, more environmentally friend methods are preferred, like supercritical fluid (SFE) and pressurized liquid extraction (PLE) that enables extraction of bioactive compounds under high temperatures and pressures. The aim of this step of work is: (a) preliminary study the supercritical fluid extraction of Brazilian ginseng (Pfaffia glomerata) ecdysteroids. The effects of pressure (20 and 30 MPa) and cosolvent amount (10, 15, 75 and 90 % of Ethanol) on the behavior of overall extraction curve (OEC) and content of beta-ecdysone were studied. The larger amounts of beta-ecdysone were obtained in shorter processing time using CO2: EtOH (85:15, v/v) as extracting solvent at 20 MPa. The higher proportion of EtOH in the mixture leads an increase an extraction yield and an increase a beta-ecdysone content relative a raw material amount. (b) study the pressurized liquid extraction of Brazilian ginseng (Pfaffia glomerata) ecdysteroids. The effects of temperature (333 ¿ 393 K), pressure (8 ¿ 30 MPa) and solvent [ethanol and ethanol:water (80:20 v/v)] on the global yield extraction, antioxidant activity and beta-ecdysone content of the extracts from Brazilian ginseng (Pfaffia glomerata) roots were studied. The extraction global yield increased with the increase in temperature (333 ¿ 393 K) reaching up to 25 % (dry basis). As the temperature increased the selectivity of the extracting solvent decreased promoting the co-extraction of other compounds besides the ecdysteroids. The use of EtOH:H2O (80:20 v/v) as extracting solvent produced extracts with the highest antioxidant activity. The recovery of beta-ecdysone was maximized when EtOH was used, besides fractions containing up to 5 % of beta-ecdysone were obtained using this solvent at 393 K, while pressure did not affect it. Thus the better extraction condition in terms of beta-ecdysone was selected (393 K, 8 MPa and ethanol as extracting solvent) and the kinetic extraction study was realized. From the overall extraction curve obtained it was possible to verify that in the first hour of extraction approximately 70 % of the total yield and 74 % of the total beta-ecdysone mass are obtained. The cost of manufacturing (COM) was evaluated in the kinetic condition in which was obtained the highest beta-ecdysone content; the increase of the extractor capacity significantly decreased the COM. The COMs for the crude extract and beta-ecdysone obtained by this novel process were 14-fold and 8-fold lower than that for the SFE process, respectively. Step 2: Biodegradable polymers has received increased attention due to their potential applications in medicine and food industry, with highlights to poly (L-lactic acid) (PLA) mainly because of its biocompatibility and resorbable features. Over the last years, synthesis of such biopolymer by enzyme-catalyzed ring-opening polymerization of L-lactic acid in compressed fluids has been considered a promising route over. The aim of this step of work is to report phase equilibrium data (cloud points) of L-lactic acid + (propane + ethanol) and L-lactic acid + (carbon dioxide + ethanol). Phase equilibrium experiments were conducted in a variable-volume view cell employing the static synthetic method, from 323.15 K to 353.15 K and pressures up to 25 MPa, keeping constant the mass ratio of ethanol to CO2 or propane at 1:9. For the (propane + ethanol) + L-lactic acid it was observed vapor-liquid, liquid-liquid and vapor-liquid-liquid, while for (carbon dioxide + ethanol) + L-lactic acid only liquid-liquid type transitions were recorded. Results show that the system (propane + ethanol) + L-lactic acid present UCST (Upper Critical Solution Temperature) transition type and an UCEP (Upper Critical End Point), whereas the system (carbon dioxide + ethanol) + L-lactic acid exhibit LCST (Lower Critical Solution Temperature) behavior. The experimental data were modeled using the Peng-Robinson equation of state with the classical van der Waals quadratic mixing rule (PR-vdW2) and with the Wong-Sandler mixing rule (PR-WS). It is shown that the PR-vdW2 and PR-WS models were both able to satisfactorily represent the phase behavior of the system L-lactic acid + (carbon dioxide + ethanol). However, for the system L-lactic acid + (propane + ethanol), the PR-vdW2 model was not able to appropriately describe its phase behavior / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutora em Engenharia de Alimentos