EXTRAÇÃO DE ANTOCIANINA DO CAPIM GORDURA
SEM O USO DE SOLVENTES ORGÂNICOS.
H. M. da Silva1, J. A. Penido2, I. J. B. Santos3, A. B. Mageste4.
1-Departamento de Química - Universidade Federal de Ouro Preto, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas - CEP: 35400-000 - Ouro Preto - MG - Brasil. e-mail: (moraisheriveltom@yahoo.com.br) 2-Idem ao 1.
3-Departamento de Química Biotecnologia e Engenharia de Bioprocessos- Universidade Federal de São João Del-Rei - CEP: 36420-000 - Ouro Branco - MG - Brasil
4-Idem ao 1.
RESUMO - A antocianina (AN) é um corante natural amplamente utilizado, além de conferir cor, traz diversos benefícios à saúde humana. A obtenção deste corante é um problema complexo, pois é preciso métodos de extração que sejam eficiente, robustos, economicamente viáveis, ambientalmente seguros e que, principalmente, conservem as propriedades do componente. Entretanto, a maioria dos processos de extração utilizam solventes tóxicos. Neste sentido, este trabalho propõe o sistema aquoso bifásico (SAB) como uma alternativa para a extração desse corante a partir do capim gordura. Foram analisados efeito de CLA, massa molar e hidrofobicidade do polímero, cátion do sal e tempo de agitação. O melhor SAB para a extração do corante foi L35 + (NH4)2SO4 + H2O, no tempo de agitação de 25 horas. Após a
extração de AN do capim, o corante se concentra na fase superior do SAB devido a uma interação específica com o polímero.
ABSTRACT- The anthocyanin (AN) is a natural dye widely used confering colour to products and many benefits to human health. Obtaining this dye is a complex problem due to the need of robust efficient methods considering its economic viability, environmetally safety and, mainly, the maintance of the compost’s properties. However, most of the extraction processes involves the use of toxic solvets. In the same way, this study proposes the aqueous two phase system (ATPS) as an alternative to the extraction of this dye from the Capim Meloso. The effects of the CLA, molecular weight and hydrofobicity of the polymer, the salt’s cation and stirring time were evaluated. The best ATPS to extract the dye was the L35 + (NH4)2SO4 + H2O in 25 hours
stirring. After the AN extraction from the CAPIM, the dye concentrates on the ATPS superior phase due to an specific interaction with the polymer.
PALAVRAS-CHAVE - Antocianina, Sistema Aquoso Bifásico, Corante natural, polímeros. KEYWORDS - Anthocyanin, Aqueous two phase system, natural dye, polymer.
1. INTRODUÇÃO
Durante as últimas décadas tem se desenvolvido uma preocupação constante sobre o efeito de corantes sintéticos à saúde humana e ao meio ambiente (Selvan et al.,2015).Estes corantes estão presentes em produtos lácteos, doces, sucos, refrigerantes. Apesar da toxidade comprovada, os corantes são imprescindíveis, pois melhora o aspecto visual dos produtos, atraindo mais os consumidores.
Uma alternativa para substituir os corantes sintéticos é a utilização de corantes naturais, estes podem ser extraídos de animais, folhas, sementes, raízes, flores e frutos (Selvan et al., 2015). Além de não serem tóxicos, estes compostos são antioxidantes, anti-inflamatórios e
previnem alguns tipos de câncer (Ma et al.,2015). Apesar de todas as vantagens dos corantes naturais e da comprovada toxidade dos corantes sintéticos, a utilização dos corantes naturais tem sofrido bastante resistência por parte da indústria. Isso ocorre, pois os corantes sintéticos são altamente estáveis, tem um baixo custo relativo e tem uma alta capacidade de conferir coloração (Yamjala et al.,2016).
Dentre os corantes naturais mais utilizados destacam-se as antocianinas (Xu et al.,2015) que além de conferir cor, pode aumentar a qualidade nutricional de alimentos e bebidas. Apesar das antocianinas estarem amplamente presentes em diversas fontes, nem sempre a quantidade deste pigmento é elevada. Trabalhos realizados por Stringheta et al.,(1992),demonstram que o Melinis minutiflora (capim gordura) é uma fonte potencial para extração de antocianinas. O capim gordura é uma gramínea de origem africana, presente em áreas degradadas e se desenvolve com facilidade em solos de baixa fertilidade (Costa, 2002). Apesar da eficiência do processo proposto, este utiliza solventes orgânicos que são tóxicos.
Uma alternativa para a extração dos pigmentos sem a utilização de solventes tóxicos é o sistema aquoso bifásico (SAB). O SAB é formado pela mistura de soluções aquosas de dois polímeros, dois eletrólitos ou um polímero e um eletrólito. Esse sistema tem sido estudado para a remoção de diversos analitos por ser ambientalmente seguro, economicamente viável e de fácil extensão para escala industrial (Mimim et-al., 2008. Nascimento et-al., 2008). Além disso, a utilização desse sistema é estratégica para a obtenção de produtos com elevada pureza.
Neste contexto, o trabalho propõe um método sustentável utilizando SAB para a obtenção de Antocianina. Foram avaliados os parâmetros cinética de extração, natureza dos componentes formadores do SAB e comprimento da linha de amarração, a fim de otimizar extração de AN.
2. MATERIAL E MÉTODO
2.1 Materiais
O capim-gordura (Melinis minutiflora) utilizado nesse trabalho foi coletado em Ouro Preto-MG. Os reagentes usados foram Póli(óxido de etileno)(PEO) de massas molares 400 (Sigma Aldrich, USA), 1500, 4000 e 6000 g.mol-1 (Synth, Brasil), poli(óxido de propileno)(PPG) de massa molar 425 g.mol-1, copolímeros tribloco L64 e L35 (Sigma Aldrich, USA), e sais sulfato de sódio (Na2SO4), sulfato de amônio ((NH4)2SO4), sulfato de lítio (Li2SO4), sulfato de
Magnésio (MgSO4.7H2O), sulfato de zinco (ZnSO4), (Synth, Brasil). Todos os reagentes foram
utilizados como recebidos e água destilada foi usada em todos os experimentos.
2.2 Preparo dos sistemas e extração da antocianina
Soluções estoques de sais e polímeros foram preparadas, usando água de pH 1, e misturadas em erlenmeyers de forma a obter a composição global dos sistemas determinados pelos diagramas de fases descritos na literatura (Mimim et al., 2008. Nascimento et al., 2008. Martins et al., 2006. de Andrade et al., 2009. Martins et al., 2010).
Para 20 g de sistema, 1,2g de inflorescência de capim gordura foi adicionada ao meio e o recipiente foi recoberto com papel alumínio. Todas as pesagens foram realizadas em balança analítica (Shimadzu, AG 220).
O SAB com antocianina foi agitado a 180 rpm a temperatura de 25°C, por 24 horas (Incubadora Tecnal, TE 424). Após agitação, o sistema foi filtrado a vácuo, sendo o material filtrado armazenado em tubos, e levado ao banho termostático a 25 °C (Marconi, MA 184) para a obtenção do equilíbrio termodinâmico. As fases foram coletadas separadamente com auxílio de seringas e analisadas por espectroscopia UV/ Visível (Shimadzu,UV-1800).
Para a determinação do tempo de agitação, SABs com AN foram agitados a 180 rpm a temperatura de 25°C (Incubadora Tecnal, TE 424) em diferentes tempos (2,5; 5; 10; 15; 20; 25 horas).
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 Efeito do tempo de agitação
O tempo de contato entre a matriz na qual está presente o soluto de interesse e o sistema extrator influencia significativamente o rendimento do processo de extração, sendo de fundamental importância estudos de cinética de extração. O parâmetro tempo de agitação do sistema L35 + MgSO4 + H2O + capim foi avaliado e os resultados são mostrados na Figura 01.
Observa-se que à medida que o tempo de agitação aumenta a absorbância da fase superior também aumenta. Uma vez que a quantidade de antocianina extraída é diretamente proporcional à absorbância da fase, maiores tempos de agitação permitem obter maiores quantidades de corante. Durante o tempo de contato as soluções do sistema desnaturam a parede celular das sementes (Wrolstand e Giusti,2001), facilitando assim a interação entre as moléculas de antocianinas com os componentes constituintes do sistema.
Figura 1 – Efeito do tempo de agitação na extração de AN em SABs formados por L35 +
MgSO4 + H2O + capim gordura: (a) Absorbância da FS em função do tempo de agitação. (b)
Foto dos SABs em diferentes tempos de agitação.
3.2 Efeito polímero
A massa molar do polímero formador do SAB influência significativamente o comportamento de partição, pois em fases compostas por polímeros de massa molar maior o volume disponível para se alocar o soluto é menor. Além disso, o aumento da massa molar do polímero leva a um aumento na hidrofobicidade da fase.
As Figuras 2a e 2b mostram respectivamente os espectros das fases superiores e inferiores de sistemas formados por polímero + MgSO4 + H2O após a extração da AN. As absorbâncias
foram multiplicadas pelo fator de diluição.
Figura 2 - Espectros das fases superior (2a) e inferior (2b) dos SABs compostos por polímeros
+ MgSO4 + H2O + Capim. 450 500 550 600 0 2 4 6 8 10 Abs Comprimento de Onda / nm 200 400 600 800 1000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Abs Comprimento de Onda / nm PEO 400 PEO 1500 PEO 4000 PEO 6000 L 64 L 35 PPG 425 400 500 600 0 2 4 6 8 10 Ab s nm 400 500 600 0,00 0,25 0,50 nm Abs 200 400 600 800 1000 0 1 2 3 4 5 Abs Comprimento de Onda / nm PEO 400 PEO 1500 PEO 4000 PEO 6000 L 64 L 35 PPG 425 (a) (b) 0 5 10 15 20 25 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 A b s / 519 n m Tempo de agitaçao / h (a) (b)
Observa-se que para todos os SAB estudados as moléculas de antocianina se concentram preferencialmente na fase superior. Isto ocorre devido a interações intermoleculares específicas entre as moléculas de antocianina e a macromolécula do polímero (Patrício, 2012). Além disso, quando comparamos o efeito da massa molar do polímero PEO (Figura 2a e 2b), verifica-se que o aumento da massa molar do PEO ocasiona um decréscimo na extração de antocianina do capim para o SAB. Este efeito pode ser explicado pela diminuição do volume disponível para se alocar as moléculas de AN em SAB formados por polímeros de maior massa molar.
Na figura 2 pode se observar também que SAB formados por polímeros mais hidrofóbicos como o PPG 425 e os copolímeros L64 e L35 apresentam um maior potencial para extrair AN do capim, pois esta apresenta ramificações hidrofóbicas que interagem com estes polímeros. Além disso, os copolímeros possuem a característica de se agregarem formando micelas com núcleos hidrofóbicos (Martins et-al., 2006) que podem alocar a antocianina em seu interior.
Apesar do sistema com maior potencial de extração ter sido o L64 (Figura 2), este polímero em concentrações elevadas e temperaturas maiores que 25oC torna-se altamente viscoso dificultando o processo o processo de filtração Neste contexto, o copolímero L35 foi escolhido para prosseguir com a otimização.
3.3 Efeito do cátion
Diversos trabalhos tem demonstrado que o sal formador do SAB influencia o comportamento de distribuição de um soluto entre as fases do sistema ( Mageste et al., 2012. Alvarenga et al., 2015 ). O efeito do cátion do formador do sal sobre a extração de antocianina foi avaliada em sistemas formados por compolímero L35 + sal sulfato + água e é mostrado na figura 3.
Figura 3- Efeito do sal na extração de AN nos SABs formados por L35 + sais sulfato + H2O.
Espectros das fases (a) superior e (b) inferior.
Quando em solução aquosa os eletrólitos podem estar mais ou menos hidratados, alterando a solubilidade de outros solutos concomitantes. A diferença entre a hidratação de diferentes cátions pode ser avaliada a partir do valor da variação da energia livre de Gibbs padrão de hidratação (
Quanto menor o valor deste parâmetro termodinâmico maior a capacidade do sal de organizar as moléculas de água ao seu redor, diminuindo assim a solubilidade da antocianina na fase. Assim, como o
(-285 KJ.mol-1) >
(-1830 KJ.mol-1) (Marcus,1991), o amônio aumenta a
solubilidade da antocianina, favorecendo a extração.
3.4 Efeito do comprimento da linha de amarração (CLA)
Um parâmetro importante a ser avaliado é o comprimento da linha de amarração (CLA), pois o seu valor expressa quão distintas são as propriedades termodinâmicas intensivas das fases que estão em equilíbrio termodinâmico em um SAB (Alvarenga et al., 2015). O CLA pode ser calculado através da Equação 1. 400 500 600 700 0 2 4 6 8 10 Abs Coprimento de onda / nm L35 + (NH4)2SO4 L35 + MgSO4 400 500 600 700 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Abs Comprimento de onda / nm MgSO4 (NH4)2SO4 (a) (b)
CLA = [ (CP S – CP I )2 + ( CS S – CS I )]1/2 (1) Onde C P S e CP I
, representam a concentração de polímero nas fases superior e inferior, respectivamente, assim como CS
S
e CS I
, representam a concentração de sal na fase superior e inferior, respectivamente.
As figuras 4a e 4b mostram o efeito do CLA sobre a extração de antocianina no sistema L35 + MgSO4 + H2O.
Figura 4 – Efeito da CLA na extração de AN em sistema formados por L35 + MgSO4 + H2O.
Espectros das fases (a) superior e (b) inferior.
É possível observar pela Figura 4a e 4b, que a quantidade de corante extraída do capim para o SAB diminui com o aumento do CLA. O aumento da CLA afeta o comportamento de partição de um soluto por dois efeitos competitivos: i) aumenta-se a concentração dos componentes com o qual o soluto interage preferencialmente, o que aumentaria a extração ii) diminui a quantidade de água no sistema, diminuindo o número de diferentes configurações disponíveis para o soluto e também a sua solubilidade, o que diminuiria a extração. Portanto, o segundo efeito se sobrepõe ao primeiro na extração de AN.
Do ponto de vista de aplicação do SAB para extrair antocianina em grande escala, é mais vantajoso utilizar CLAs mais baixas, uma vez que são necessárias menores quantidades de reagentes para formação do SAB, diminuindo o custo do processo. Com base nisto, fixou-se a utilização da primeira CLA para a extração de antocianina.
4. CONCLUSÕES
A AN do capim gordura foi extraída por um método verde utilizando SAB e se concentrou preferencialmente na fase superior do SAB devido a uma interação específica com os segmentos hidrofóbicos do polímero. Foi observado que SABs formados por massas molares menores permitem uma maior extração do corante, devido a um maior volume disponível para alojar este composto. O melhor sistema para extração foi o L35 + (NH4)2SO 4+ H2O, no tempo de agitação de 25 horas. Assim,
o SAB se mostrou eficiente para a extração da AN, com a possível a aplicação dessa fase com o corante em alimentos e cosméticos.
5. AGRADECIMENTOS
UFOP, Cnpq, Capes, Rede Mineira de Química e FAPEMIG.
6. REFERÊNCIAS
400 450 500 550 600 650 700 0 2 4 6 8 10 Abs Comprimento de Onda / nm CLA = 39,64 % m/m CLA = 45,52 % m/m CLA = 52,73 % m/m CLA = 59,17 % m/m CLA = 65,69 % m/m 400 500 600 700 800 900 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 CLA = 39,64 % m/m CLA = 45,52 % m/m CLA = 52,73 % m/m CLA = 59,17 % m/m CLA = 65,69 % m/m Abs Comprimento de Onda / nm (a) (b)Alvarenga, J. M., Fideles, R. A., da Silva, M. V., Murari, G. F., Taylor, J. G., de Lemos, L. R., Rodrigues, G. D., Mageste, A. B. (2015). Partition study of textile dye Remazol Yellow Gold RNL in aqueous two-phase systems. Fluid Phase Equilibria, (391), 1-8.
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