Extração de cafeina das sementes da planta do guarana (Paullinia cupana) com dioxido de carbono supercritico e co-solventes

Uiram Kopcak

Alcalóides são compostos orgânicos encontrados em produtos naturais. Estas substâncias podem apresentar efeitos tóxicos no ser humano e animais, porém apresentam propriedades terapêuticas quando usados em doses moderadas. Alcalóides como cafeína, teofilina, teobromina, emetina e pilocarpina, entre outros, são utilizados como princípios ativos em uma variedade de medicamentos e estimulantes. Devido às suas propriedades, processos para a recuperação de alcalóides de produtos naturais são de grande interesse para as indústrias de alimentos, de cosméticos e farmacêuticas. O alca1óide mais consumido no mundo, a cafeína, é encontrado em grandes concentrações em produtos naturais, tais como, nas folhas da planta do mate, nos grãos de café e nas sementes de guaraná. Os processos convencionais utilizados para recuperar a cafeína a partir destas matrizes vegetais normalmente utilizam solventes orgânicos que podem causar danos ao meio ambiente e são tóxicos para o ser humano e animais. A extração de alcalóides com o uso de dióxido de carbono supercritico (CO2-SC), um solvente não-tóxico, não-inflamavél, encontrado comercialmente com grande pureza, não-agressivo ao meio ambiente e que possui baixas constantes criticas, tem sido utilizada em substituição a estes processos convencionais. Os fluidos no estado supercritico (FSC), em certas regiões de interesse nos processo reais, possuem densidades próximas às dos líquidos, viscosidades próxima às dos gases e difusividades intermediárias. Estas características tornam estes solventes potencialmente atrativos para os processos de extração. As extrações com o uso de FSCs são baseadas no fato de que, próximo ao ponto critico do solvente, propriedades como a densidade e a capacidade de solvência variam enormemente com pequenas mudanças nas pressões e temperaturas do processo, possibilitando a fácil recuperação dos solutos com pequenas mudanças nestas variáveis. Um grande problema associado ao uso do CO2-SC, nos mais variados processos de extração, é a pequena polaridade deste solvente e, conseqüentemente, a baixa capacidade de solubilizar solutos polares. Esta capacidade pode ser aumentada através da adição de cosolventes polares em baixas concentrações ao CO2-SC, como por exemplo água, etanol ou acetonitrila. Esta dissertação de mestrado procura dar uma contribuição ao desenvolvimento científico de uma tecnologia promissora para a extração de aJca1óides a partir de produtos naturais: o processo de extração com fluido supercríticos, tendo por objetivo principal, a extração da cafeína de sementes da planta do guaraná (Paullinia cupona) com dióxido de carbono supercritico e co-solventes polares como o etanol e o isopropanol. Com o intuito de determinar o efeito do uso de co-solventes na solubilidade da cafeína pura em CO2-SC, experimentos de solubilidade da cafeína em misturas supercriticas de etanol/CO2 e isopropanol/CO2 foram realizados usando um aparelho de extração de fluxo semicontinuo a altas pressões. A solubilidade da cafeína em misturas contendo 5% etanol/CO2, 10% etanol/CO2 e 5% isopropanol/CO2 foram determinadas a 323,2 e 343,2 K com pressões variando de 15,2 a 23,4 MPa. Experimentos de extração de cafeína a partir de sementes torradas e moídas de guaraná foram obtidos no mesmo aparelho experimental utilizando as misturas supercríticas a 323,2; 333,2 e 343,2 K e 17,9; 23,4 e 30,0 MPa. Experimentos da extração de cafeína em função do diâmetro de partícula de sementes torradas e moídas de guaraná foram obtidos a 323,5K, 23,4 MPa e diâmetros de partícula variando entre 91 e 775 ?m. A concentração de fenóis totais presentes nos extratos obtidos foi determinada através de método calorimétrico. Em todos os experimentos moa vazão de l,44g CO2/min foi utilizada. Através dos resultados obtidos para a solubilidade de cafeína pura nas misturas supercriticas observa-se que a adição de co-solvente aumenta a solubilidade da cafeína nos solventes supercríticos. Este aumento pode ser atribuído ao aumento das forças de interação química (pontes de hidrogênio) e ao aumento das forças de dispersão entre o soluto e o solvente devido à adição de co-solventes. A adição de co-solvente em contra partida, diminui a seletividade do solvente para o alcalóide aumenta em maior grau a taxa de extração de fenóis em relação ao aumento da taxa de extração de cafeína, observadas nos experimentos de extração. Foi verificado que a solubilidade de cafeína pura aumenta com o aumento da pressão, porém este efeito, em geral, não foi observado no aumento das taxas de extração do alcalóide. Nos sistemas estudados para a determinação da solubilidade de cafeína, foi verificada a ocorrência de comportamento retrógrado nas pressões mais baixas (diminuição da solubilidade com a elevação da temperatura), onde o aumento da pressão de vapor de saturação do soluto com o aumento da temperatura é insuficiente para compensar a perda de poder de solubilização do solvente devido à diminuição da densidade com o aumento da temperatura. Nos experimentos de extração, observou-se que a taxa de extração dos solutos aumenta com a temperatura devido ao efeito no processo de dessorção da cafeína adsorvida na matriz de guaraná. As melhores condições experimentais encontradas para a extração de cafeína, a partir de sementes de guaraná, foram: 17,9 MPa e 343,2 K usando 10% de etanol como co-solvente e um diâmetro médio de partículas de 180?m. Além do desenvolvimento técnico-científico, espera-se que estes resultados contribuam para o desenvolvimento econômico da extração de alcalóides de produtos naturais, abrindo a possibilidade de formulação tanto de produtos atraentes aos consumidores preocupados com a saúde (produtos descafeinados, por exemplo), como subprodutos utilizados como princípios ativos em medicamento (alcalóides de todas as variedades)

Extração de cafeina das sementes da planta do guarana (Paullinia cupana) com dioxido de carbono supercritico e co-solventes

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