Revista Citino Volume 2 - Número 3

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Revista Citino Volume 2 - Número 3

  1. 1. Volume 2‫ ׀‬Número 3‫ ׀‬Julho-Setembro de 2012 REVISTA CITINO Periódico da Associação Nacional Hestia de Ciência, Tecnologia, Inovação e Oportunidade Julho-Setembro de 2012
  2. 2. Volumes publicados Edição : Volume 2‫ ׀‬Número 3‫ ׀‬Julho-Setembro de 2012 Julho-Setembro de 2012 Neste lançamento, artigos de revisão e textos originais em biotecnologia e embalagens. A figura da capa é uma microcápsula contendo óleo de buriti, fotografada por um microscópio óptico, em alcance de 10 vezes. A microcápsula é obtida através do contato de uma emulsão de solução de alginato de sódio e óleo de buriti, com solução de cloreto de cálcio, em proporções adequadas. A imagem foi obtida pelo acadêmico Igor Pereira da Silva, com apoio do Tec. Carlos Magno da Universidade do Estado de Mato Grosso- UNEMAT.
  3. 3. Julho-Setembro de 2012 Revista aberta, organizada pela Associação Nacional Instituto Hestia de Ciência e Tecnologia Julho-Setembro de 2012 Revista Citino Associação Nacional Hestia Travessa Campo Grande, 138- Bucarein CEP 89202-202 – Joinville – SC – BRASIL Fax: 47 4009-9002 e-mail: citino@hestia.org.br
  4. 4. CONSELHO EDITORIAL CORPO EDITORIAL Prof. Dr. Etney Neves – HESTIA e UNEMAT Editor e-mail citino@hestia.org.br Profa. Luciana Reginado Dias – UFSC Revisora da redação em Língua Portuguesa Profa. Judith Abi Rached Cruz – UNEMAT Revisora da redação em Língua Inglesa Prof. Marcelo Franco Leão – IFMT e UNEMAT Assessor de Arte Final em Textos e Ilustrações Ana Paula Lívero Sampaio – HESTIA Assessora de Arte Final em Gráficos e Figuras CONSULTORES EDITORIAIS Profa. Dr. Claudia Roberta Gonçalves – UNEMAT Prof. MSc. Cristiano José de Andrade – UNICAMP Eng. Eduardo Soares Gonçalves – UNEMAT Prof. Dr. Fabrício Schwanz da Silva – UNEMAT Prof. MSc. Luciano Matheus Tamiozzo – UNEMAT Prof. Dr. Luiz Carlos Ferracin – HESTIA Profa. Dra. Mariana Beraldo Masutti – CPEA Prof. Dr. Rodrigo Tognotti Zauberas – UNIMONTE Esp. Soraia Cristine Lenzi – HESTIA Profa MSc. Thereza Cristina Utsunomiya Alves – HESTIA Julho-Setembro de 2012 Eng. Osny do Amaral Filho – HESTIA
  5. 5. GLOSSÁRIO SEÇÃO ESPECTROSCOPIA E LUMINESCÊNCIA – destinasse ao estudo e divulgação de dados físico-químicos através da transmissão, absorção ou reflexão da energia radiante incidente em uma amostra. SEÇÃO ENCAPSULAÇÃO DE MOLÉCULA E SUBSTÂNCIA – Consiste na realização de estudos para isolamentos do meio externo, por uma barreira material, de uma molécula química ou biológica, ou uma partícula sólida, líquida ou gasosa. Julho-Setembro de 2012 SEÇÃO BIOTECNOLOGIA– subdividida em Bioprospecção: Substrato e Processo.
  6. 6. SUMÁRIO Pág. 1-5 EDITORIAL ARTIGOS SEÇÃO ESPECTROSCOPIA E LUMINESCÊNCIA 07 Substâncias luminescentes: mecanismos básicos e aplicações Fotoluminescentes, Fluorescentes e Fosforescentes 16 SEÇÃO ENCAPSULAÇÃO DE MOLÉCULA E SUBSTÂNCIA 17 Encapsulamento de óleo de buriti para produção de alimentos funcionais 28 SEÇÃO BIOTECNOLOGIA BIOPROSPECÇÃO: SUBSTRATO E PROCESSO 29 Extração e Avaliação do rendimento de óleo da polpa de Bocaiúva Julho-Setembro de 2012 06
  7. 7. Volume 2‫ ׀‬Número 3‫ ׀‬Julho-Setembro de 2012 REVISTA CITINO SEÇÃO ESPECTROSCOPIA E LUMINESCÊNCIA SPECTROSCOPY AND LUMINESCENCE SECTION Julho - Setembro de 2012 Pág. 07 SUBSTÂNCIAS LUMINESCENTES: MECANISMOS BÁSICOS E APLICAÇÕES FOTOLUMINESCENTES, FLUORESCENTES E FOSFORESCENTES
  8. 8. Vol. 2, No. 3, Julho-Setembro de 2012 REVIEW LUMINESCENT SUBSTANCES: BASIC MECHANISMS AND APPLICATIONS PHOTOLUMINESCENT, FLUORESCENT AND PHOSPHORESCENT *Débora Inácio de Andrade1, Flávio Teles Carvalho da Silva2 e Etney Neves3,4 ¹ Acadêmica do Curso de Engenharia de Alimentos, UNEMAT - Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus Barra do Bugres – MT, Brasil. Rua A, Quadra 5, Casa 21, Bairro São Raimundo, CEP 78390000. 2 Professor do Departamento de Engenharia de Produção Agroindustrial, UNEMAT.- Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus Barra do Bugres – MT. 3 Professor Visitante do Departamento de Engenharia de Alimentos, UNEMAT.- Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus Barra do Bugres – MT. 4 Pesquisador Associado a Associação Nacional Instituto Hestia de Ciência e Tecnologia, HESTIA.Brasil. Abstract A material can emit light by incandescence and luminescence. Luminescent substances, unlike incandescent lamps, emit light at ambient temperature or even at negative temperatures, by interference of electromagnetic waves in a present chemical species. The "cold light" is the result of the electrons excitation mechanism, jumping to higher levels or sublevels of energy, releasing photons in the jump or when they go back to their original orbits. The light emission, by this way, is subdivided mainly in triboluminescent materials, bioluminescent, chemiluminescent and photoluminescent. In the latter case, depending on the reemission kinetics, materials can be categorized as either fluorescent or phosphorescent substances. Terms, classifications, and mechanisms are studied and discussed, comparing various sources of literature. Examples of photoluminescent materials are presented and their applications discussed. This review is a new research group first step, to investigate possible luminescent properties in 10 specialty glass and 3 natural oils modified by microorganisms. Keywords: luminescence, photoluminescence, fluorescence, phosphorescence.* * deboraandrade.ea@gmail.com Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 7
  9. 9. Vol. 2, No. 3, Julho-Setembro de 2012 REVISÃO SUBSTÂNCIAS LUMINESCENTES: MECANISMOS BÁSICOS E APLICAÇÕES FOTOLUMINESCENTES, FLUORESCENTES E FOSFORESCENTES *Débora Inácio de Andrade1, Flávio Teles Carvalho da Silva2 e Etney Neves3,4 ¹ Acadêmica do Curso de Engenharia de Alimentos, UNEMAT - Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus Barra do Bugres – MT, Brasil. Rua A, Quadra 5, Casa 21, Bairro São Raimundo, CEP 78390000. 2 Professor do Departamento de Engenharia de Produção Agroindustrial, UNEMAT.- Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus Barra do Bugres – MT. 3 Professor Visitante do Departamento de Engenharia de Alimentos, UNEMAT.- Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus Barra do Bugres – MT. 4 Pesquisador Associado a Associação Nacional Instituto Hestia de Ciência e Tecnologia, HESTIA.Brasil. Resumo Um material pode emitir luz por incandescência ou luminescência. Substâncias luminescentes, ao contrário das incandescentes, emitem luz a temperatura ambiente ou até mesmo em temperaturas negativas, por interferência de ondas eletromagnéticas em uma espécie química presente. A “luz fria” é o resultado do mecanismo de excitação de elétrons, que saltam a níveis ou subníveis de maior energia, liberando fótons no salto ou ao retornarem às suas órbitas de origem. A emissão de luz, por esta via, se subdivide principalmente em materiais triboluminescentes, bioluminescentes, quimiluminescentes e fotoluminescentes. Neste último caso, dependendo da cinética de reemissão, podem ser denominados de materiais ou substâncias fluorescentes ou fosforescentes. Termos, classificações e mecanismos são estudados e comentados, comparando várias fontes da literatura. Exemplos de materiais fotoluminescentes são apresentados e suas aplicações discutidas. Esta revisão é o primeiro passo, de um novo grupo de pesquisa, para investigar possíveis propriedades luminescentes em 10 vidros especiais e 3 óleos naturais modificados por microorganismos. Palavras-chaves: luminescência, fotoluminescência, fluorescência, fosforescência.1 * deboraandrade.ea@gmail.com Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 8
  10. 10. 1. Introdução O termo “luz fria” define uma resposta de emissão luminosa, provocada por interações de ondas eletromagnéticas com substâncias ou materiais. As teorias que descrevem estes fenômenos se referem, sempre, a uma quantidade mínima de energia liberada, o fóton. Átomos ou estruturas atômicas moleculares podem absorver uma onda, de um determinado comprimento do espectro. Esta absorção de energia provoca um deslocamento de elétrons, a níveis ou subníveis de energia mais periféricos, na eletrosfera de um elemento. Este fenômeno é chamado de salto dos elétrons. No salto ou no retorno para a sua posição original, os elétrons podem emitir ondas eletromagnéticas. O comprimento de onda absorvido e emitido, depende das características intrínsecas das substâncias ou materiais, com a onda eletromagnética incidente. Portanto, o nome técnico luminescência descreve de forma geral, uma interação luz-substância. Por sua vez, os estudos destes fenômenos de excitações atômicas, geraram classificações e termos específicos relacionados à natureza dos mecanismos de excitação. Substâncias ou materiais foram classificadas em fotoluminescentes, triboluminescentes, bioluminescentes, quimiluminescentes, entre outros. No primeiro caso, as substâncias ou materiais fotoluminescentes, podem ainda ser subdivididas em fluorescentes e fosforescentes. A emissão fluorescente está diretamente ligada ao contato direto da substância ou material, com a fonte de excitação eletromagnética. Um exemplo de material com esta propriedade é o vinil fluorescente, próprio para etiquetas ou decorações promocionais em veículos, entre outros usos. 1 Por sua vez, as substâncias ou materiais fosforescentes continuam emitindo luz, após cessar o contato com a fonte luminosa de excitação dos elétrons. Esta particularidade é relacionada ao tempo de decaimento ou retorno dos elétrons, às suas órbitas originais. Neste caso, a emissão de luz poderá ter uma duração indeterminada. Ocorrências de fotoluminescências podem ser encontradas em substâncias inorgânicas ou orgânicas. O processo de fotoluminescência dos materiais possui uma forte relação com ordem ou desordem estrutural do meio (material ou substância). Dentre os produtos comerciais que utilizam a tecnologia de materiais fotoluminescentes, com aplicações em microeletrônica e dispositivos ópticos eletrônicos, estão os moduladores, guias de onda, detectores de raios-X, display ou monitores de computador e telas de TV, tecnologia solar, sensores e diodos emissores de luz LEDs (Light Emission Diode). São também empregadas na marcação de saídas de emergência e rotas de fuga. 1 2. Luminescência O termo luminescência vem do latim, e significa “brilho fraco”. Esta expressão foi introduzida em textos científicos por Eilhardt Wiedemann em 1888 2. O objetivo daqueles estudos foi distinguir a emissão de luz por excitação térmica (incandescência), da emissão de luz por outros tipos de excitação. Wiedemann foi o primeiro a descrever esse fenômeno. Ele afirmou que a luminescência era o excesso de emissões, além da emissão térmica. Esta observação permitiu iniciar os estudos das propriedades da luminescência, porém não era precisa. Não distinguia o fenômeno luminescente de outros tipos de brilho, que também possuem esta mesma característica, por exemplo, a luz refratada e refletida. 2 Vavilov complementou a definição de Wiedemann, incluindo o critério de duração da emissão, e mantendo o termo luminescência. Ele definiu que seria uma emissão de luz além da emissão térmica de um corpo, desde que esta emissão Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 9
  11. 11. tenha uma duração que exceda o período de oscilações da luz. 2 Assim, a luminescência pode ser definida como uma radiação fora do equilíbrio, que ocorre por processos intermediários de transformação de energia entre a absorção e emissão. A duração da luminescência e a possibilidade de extinção, são consequências diretas destes processos intermediários. 2 A luminescência é uma ciência que está intimamente relacionada à espectroscopia, a qual é o estudo das leis gerais de absorção e emissão de radiação por substâncias ou materiais. 2 Dependendo da fonte de excitação, a luminescência pode ser classificada em: triboluminescência (substância sujeita a forças mecânicas), bioluminescência (quando o reagente químico responsável pela luminescência estiver ligado ao metabolismo de um ser vivo), quimiluminescência (excitação por reagente químico no estado eletrônico excitado), fotoluminescência (excitação por meio de fótons), catodoluminescência (excitação por raios catódicos), eletroluminescência (excitação por meio de corrente elétrica) e, termoluminescência (luminescência estimulada por meio de aquecimento da amostra). 6, 7, 9 Outro tipo de classificação considera o tempo de duração da emissão de luz. Temos assim: fluorescência, quando a emissão de luz terminar quando cessar a excitação da amostra e, fosforescência, quando a emissão de luz perdurar por um período de tempo indeterminado, após findar a excitação da amostra. 7, 9 2.1. Mecanismos de absorção e emissão Um elétron possui maior energia potencial elétrica, quanto maior for sua distância em relação ao núcleo. 10 Quando um elétron é elevado a um nível superior de energia, dizemos que este está em um estado excitado. Esta excitação é momentânea. Ao perder essa energia adquirida, e voltando ao nível inferior, há uma emissão de energia radiante. 10 Nestes saltos que os elétrons dão de um nível superior a um inferior, há a emissão de um pulso oscilante de radiação eletromagnética, chamado de fóton. 10 O fóton é uma “partícula elementar”, que pode ser definida como a própria luz. A frequência do fóton é diretamente proporcional a sua energia, Figura 1. 10 Figura 1. Ilustração do fenômeno de excitação do elétron e da emissão de um fóton. 10 Algumas substâncias possuem a capacidade de emitir radiação eletromagnética, como resultado da excitação de seus átomos, moléculas ou cristais. Essa emissão luminescente ocorre na região visível do espectro eletromagnético, mas pode também ser observada no ultravioleta próximo ao infravermelho, Figura 2. 4 Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 10
  12. 12. Figura 2. Espectro eletromagnético. 8 A excitação do sistema é um pré-requisito para a emissão luminescente. Assim, um material excitado apresenta elétrons ocupando um nível de energia elevado, acima das condições de equilíbrio. Como os elétrons excitados estão em uma posição instável, eles podem fazer uma transição para um nível de energia mais baixo, a fim de alcançarem o equilíbrio. Desta forma, toda ou parte da diferença de energia entre os níveis, pode ser eliminada na forma de radiação eletromagnética. O fenômeno de emissão envolve transições entre estados eletrônicos, que são característicos de cada material radiante. 3 A Figura 3 ilustra uma representação dos mecanismos de excitação e emissão para um material luminescente hipotético. Figura 3. Processo de excitação e emissão para material luminescente hipotético. 5 O E0 representa o estado fundamental. Nesta posição, a baixa temperatura e na ausência de uma energia de excitação, somente este nível é ocupado. E1 a E5 ilustram os estados excitados. Após a excitação, elétrons são ativados para o nível E5. Os intervalos de energia entre os níveis adjacentes de E2 ao E5 são pequenos, enquanto que o intervalo entre E2 e E1 possuem uma distância maior. Se o intervalo entre um nível excitado e o mais próximo adjacente é pequeno, o material excitado tende a apresentar um decaimento não radiativo pela emissão de fônon (quase-partícula que designa um quantum de vibração no retículo cristalino rígido), liberando energia na forma de calor..5 A radiação eletromagnética, resultante de um decaimento radiativo, de um nível eletrônico superior para o estado fundamental, pela emissão de um fóton, só ocorre Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 11
  13. 13. quando o intervalo para o nível adjacente mais baixo, está acima de um valor crítico. 5 Quando o elétron é excitado para o nível E5, este perde energia até atingir o nível E2. Como o intervalo dos níveis E2 e E1 está acima do valor crítico, o material decai radiativamente do nível E2, emitindo um fóton, alcançando o nível E1 ou E0. Se o material decai radiativamente para o nível E1, este decaimento será não radiativo para o estado fundamental, devido ao pequeno intervalo entre estes níveis. 5 De maneira simplificada, o sistema de emissão é elevado pela excitação de um estado fundamental f para um estado excitado e. No retorno da partícula ao estado fundamental, ocorre a emissão de luz. 6 Figura 4. Típico esquema de nível de energia usado em luminescência. 6 2.2. Aplicações A física fundamental forma a base, para a compreensão do fenômeno da luminescência. A partir deste intimo entendimento da absorção e emissão de energia das espécies químicas, inúmeras aplicações reais foram idealizadas e desenvolvidas. Estão disponíveis no mercado, desde diodos emissores de luz (LEDs), 11,12 que emitem luz através de eletroluminescência, até técnicas de datação por luminescência, utilizadas para a determinação da idade de materiais quaternários, tais como artefatos arqueológicos, depósitos vulcânicos e uma variedade de sedimentos de diferentes configurações ambientais. 13 Espécies orgânicas bioluminescentes, e polímeros luminescentes, deram origem a um amplo campo de produtos, inspirados através da identificação e controle dos fenômenos luminescentes encontrados na natureza. 14 A polimerização de óleos, de espécies nativas brasileiras, pode ser planejada para obtenção de novos materiais luminescentes. O foco para estes estudos pode ser o desenvolvimento de produtos inovadores. Um exemplo seria a presença de polímeros luminescente, nos pneus automotivos. Este novo polímero idealizado e proposto aqui, poderá auxiliar na solução de acidentes automobilísticos, através do estudo da intensidade luminescente do rastro provocado pela frenagem. Na mesma linha, marcadores luminescentes podem ser aplicados em trens, navios, automóveis, e ao longo de suas vias de deslocamento. 2.3. Fotoluminescência A fotoluminescência é uma emissão de radiação eletromagnética de um material quando este é submetido a uma excitação luminosa.15 O comprimento de onda emitido é maior do que o comprimento de onda que foi absorvido.16 A composição do material fotoluminescente está intimamente relacionada com a frequência do fóton emitido.15 Esse fenômeno designa dois outros diferentes, a fluorescência e a fosforescência.16 Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 12
  14. 14. 2.3.1. Fluorescência Ao absorver um fóton de luz um átomo também pode ser excitado. Vários materiais e substâncias emitem luz visível ao serem excitados pela luz ultravioleta. Esse fenômeno recebe o nome de fluorescência. 10 A fluorescência foi assim nomeada por George Gabriel Stokes em 1852 e, deriva da palavra fluoride. Ele foi o primeiro a estabelecer que a fluorescência é um processo de emissão. 15, 16, 17 A fluorescência é a emissão de luz visível que acontece após a incidência de algum tipo de radiação eletromagnética sobre uma substância provocando uma excitação nos elétrons, essa emissão perdura enquanto houver esse contato. Um fóton de luz ultravioleta excita o átomo impulsionando os seus elétrons a saltarem para níveis de energia muito altos, em seguida, esses elétrons vão decaindo para níveis mais baixos, porém em saltos menores e emitindo fótons com energias inferiores. 9, 10 Esse fenômeno ocorre em estados excitados singletos, onde o estado atômico é de spin zero. O elétron na órbita excitada é pareado ao segundo elétron na órbita do estado fundamental. Retornando ao estado fundamental de spin ocorre a emissão de um fóton. As taxas de emissão de fluorescência são tipicamente 108s-1 e a vida típica chega a 10 ns (10-9s). 10 2.3.2. Fosforescência Alguns materiais possuem a propriedade de emitir luz sem irradiar calor, essa propriedade também é característica de um outro fenômeno, chamado fosforescência. 18 Diferentemente do que ocorre nos materiais fluorescentes, os átomos, em certos cristais e também em algumas grandes moléculas, ao serem excitados permanecem nesse estado por um tempo indeterminado. 10 Após a exposição à luz, os elétrons são excitados para níveis de energia mais altos e decaem com um tempo de retardo. Ao invés de voltarem aos seus níveis de energia fundamentais, muitos dos átomos permanecem em um estado metaestável. 10 Fosforescência é a emissão de luz no estado excitado triplete, onde os elétrons não compartilhados ocupam orbitais diferentes e possuem o mesmo spin. As taxas de emissão são lentas, de 103 a 10² s-1, de modo que o tempo de vida dessa emissão é tipicamente de milissegundos para segundos. Tempos de vidas mais longos são possíveis.10 3. Conclusões Em um país como o Brasil, os agentes de percepção de oportunidades através de estudos científicos ainda são fracos. A matriz de pesquisa é insatisfatória, agravada por um persistente sistema estatal não associada a um resultado social claro. Por estas razões, as fontes disponíveis na natureza brasileira, para estudos da bioluminescência, são identificadas ao acaso por total ausência de um programa nacional de estudos luminescentes. Em geral, os estudos ficam limitados ao conhecimento básico informativo, divulgado internacionalmente e representando a perda da vantagem econômica competitiva. Portanto, sem uma visão de aplicação, ou se limitando a uma visão teórica, sem uma construção do conhecimento para a transferência de tecnologia. A quantidade de profissionais e investimentos brasileiros é insatisfatória, considerando a necessidade de verificação das possíveis fontes luminescentes da biodiversidade brasileira. Apenas dentro do foco alimentar, um mundo de novos insumos, produtos e Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 13
  15. 15. negócios inovadores, necessitam ganhar um planejamento nacional de visões, pesquisas e metas tecnológicas. Marcas de produtos, produtos e suas embalagens podem literalmente brilharem em ambientes diferenciados de consumo e nutrição. 4. Referências bibliográficas [1] Projeto design. Editora: São Paulo, SP : Arco Editorial Ltda., 1996. [2] GRIBKOVSKII, V. P. Luminescence of solids. New York: Plenum Press, 1998. P. [3] SOUZA, S.C. Estrutura e Fotoluminescência do Sistema SrSnO3:Nd3+. Universidade Federal da Paraíba – UFPB. João Pessoa - PB, mar/2009. [4] LIMA, M. V. S. Estudo do comportamento fotoluminescente e morfológico do BaWO4. Universidade Federal de São Carlos – UFSCar. São Carlos – SP, 2010. [5] LUCENA, P. R. DE; PONTES, F. M.; PINHEIRO, C. D.; LONGO, E.; PIZANI, P. S.; LÁZARO, S.; SOUZA, A. G.; SANTOS, I. M. G. DOS. Fotoluminescência em materiais com desordem estrutural. Cerâmica [online]. 2004, vol.50, n.314, p. 138144. [6] CURIE, D. Luminescence in Crystals. London, Methuen, 1963. [7] WINNISCHOFER, H.; ARAÚJO, M. P. DE; JÚNIOR, L. C. D.; NOVO, J. B. M. Simulação Monte Carlo no ensino de luminescência e cinética de decaimento de estados excitados. Quím. Nova, vol.33, no.1, São Paulo, 2010. [8] ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO DA LUZ < http://kajkrause.blogspot.com.br/2009/06/o-espectro-eletromagnetico.html> Acesso em: 13/07/2012. [9] SERWAY, R. A.; JEWETT JR, J. W. Princípios de Física. Vol 4. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2004. [10] HEWITT, P.G.; Física Conceitual. 9 ed. Porto Alegre: Artmed Editora S.A., 2002. P. 513-520. [11] KITAI, A. Luminescent materials and Applications. England: John Wiley & Sons Ltd, 1957. [12] RONDA, C. Luminescence from Theory to Applications. Germany: WILEYVCH Verlag Gmbh & Co. KGaA, 2008. [13] FRANK PREUSSER, DETLEV DEGERING, MARKUS FUCHS, ALEXANDRA HILGERS, ANNETTE KADEREIT, NICOLE KLASEN, MATTHIAS KRBETSCHEK, DANIEL RICHTER & JOEL Q.G. SPENCER, Eiszeitalter und Gegenwart Quaternary Science Journal, 57/1-2, 95-149, Hannover 2008. [14] MOHAMMAD, F. Specialty Polimers Materials and Applications. New Delhi: I. K. Internacional Publishing House Pvt. Ltd, 2007. Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 14
  16. 16. [15] LAKOWICZ, J. R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. 3 ed. Baltimore, USA: Springer, 2006. [16] SILVA, I. F. Espectroscopia de Fotoluminescência. Universidade Estadual de Campinas - UNICAMP. Campinas – SP, 2000. [17] SILVA, P. F. Portador da luz: o fim da alquimia. 2007. [18] PEDROSA, I. Da cor à cor inexistente. 10 ed. Rio de Janeiro: Senac Nacional, 2009. p.35. Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 15
  17. 17. Volume 2‫ ׀‬Número 3‫ ׀‬Julho-Setembro de 2012 REVISTA CITINO SEÇÃO ENCAPSULAÇÃO DE MOLÉCULA E SUBSTÂNCIA ENCAPSULATION OF MOLECULE AND SUBSTANCE SECTION Julho - Setembro de 2012 Pág. 17 ENCAPSULAMENTO DE ÓLEO DE BURITI PARA PRODUÇÃO DE ALIMENTOS FUNCIONAIS
  18. 18. Vol. 2, No. 3, Julho-Setembro de 2012 ORIGINAL ARTICLE ENCAPSULATION BURITI OIL FOR PRODUCTION OF FUNCTIONAL FOOD * Igor Pereira da Silva 1, Cristiano José de Andrade2 e Etney Neves3,4 ¹ Acadêmico do Curso de Engenharia de Alimentos, Universidade do Estado de Mato Grosso, Barra do Bugres (MT), Brasil, Campus Dep. Estadual Renê Barbour, Brasil. Rua A, s/n, Cohab São Raimundo, CEP 78390000. 2 Doutorando do Departamento de Ciência de Alimentos, UNICAMP – Universidade Estadual de Campinas, Campinas – SP. 3 Professor Visitante do Departamento de Engenharia de Alimentos, UNEMAT.- Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus Barra do Bugres - MT. 4 Pesquisador Associado a Associação Nacional Instituto Hestia de Ciência e Tecnologia, HESTIA.Brasil. Abstract Encapsulation is a coating technique for some substance or organism in which it intends to halt its operations in the middle. Studies are being carried out on this technique, because this presents some characteristics, such as: the material release control in relation to the environment, the possibility of handling a liquid substance as a solid one, masking flavors and odors, separating incompatible substances, avoid unwanted reactions with medium. The ionic gelation is an encapsulation method which consists in dripping the encapsulating material and the material to be encapsulated, in a solution. Sodium alginate is a biopolymer which, in contact with divalent metal ions, forms connection among linear chains forming the precipitate. The buriti oil has in its formulation carotenoids, which are vitamin A synthesis precursors. Functional foods are those that act to benefit the body, have nutritional effects, work for health and wellness and reduce disease risk. The objective of this study was to encapsulate the buriti oil through ionic gelation method as proposed for production of functional foods. The buriti oil extractions were made by centrifugation and hexane solvent and obtained 1.80 ml of oil on 120 g pulp yield. The capsules had an average diameter of 1.00 mm, equivalent to 1000 µm, and may be called microcapsules. In an optical microscope, it was verified if there was encapsulation, analyzing eight particles. Polynucleation was found in their interiors. Four of these had close to spherical shapes, and the others, irregular shapes. According to the model, it might be perceived that the active material was surrounded by polymeric material, being then capsules, differently from the balls. Keywords: encapsulation, buriti oil, functional foods, ionic gelation, sodium alginate. * igoraghape@hotmail.com Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 17
  19. 19. Vol. 2, No. 3, Julho-Setembro de 2012 ARTIGO ORIGINAL ENCAPSULAMENTO DE ÓLEO DE BURITI PARA PRODUÇÃO DE ALIMENTOS FUNCIONAIS * Igor Pereira da Silva 1, Cristiano José de Andrade2 e Etney Neves3,4 ¹ Acadêmico do Curso de Engenharia de Alimentos, Universidade do Estado de Mato Grosso, Barra do Bugres (MT), Brasil, Campus Dep. Estadual Renê Barbour, Brasil. Rua A, s/n, Cohab São Raimundo, CEP 78390000. 2 Doutorando do Departamento de Ciência de Alimentos, UNICAMP – Universidade Estadual de Campinas, Campinas – SP. 3 Professor Visitante do Departamento de Engenharia de Alimentos, UNEMAT.- Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus Barra do Bugres - MT. 4 Pesquisador Associado a Associação Nacional Instituto Hestia de Ciência e Tecnologia, HESTIA.Brasil. Resumo Encapsulamento é uma técnica de revestimento, de alguma substância ou organismo, em que se pretende imobilizar sua atuação no meio. Estudos estão sendo realizados com o auxilio desta técnica, por apresentar algumas características como: controlar a liberação do material em relação ao meio, possibilitar manuseio de um líquido tal como um sólido, mascarar sabores e odores, separar substâncias incompatíveis, evitar reações indesejadas com o meio. A gelificação iônica é um método de encapsulamento que consiste em gotejar o material encapsulante e o material a ser encapsulado, em uma solução. O alginato de sódio é um biopolímero que, em contato com íons metálicos divalentes, forma ligação entre cadeias lineares, formando o precipitado. O óleo de buriti possui em sua formulação carotenóides, que são precursores da síntese da vitamina A. Os alimentos funcionais são aqueles que agem em benefício ao corpo, possuindo efeitos nutricionais, atuando no bem-estar e saúde, reduzindo riscos de doenças. O objetivo deste trabalho foi de encapsular o óleo de buriti, através do método de gelificação iônica, como proposta para produção de alimentos funcionais. As extrações do óleo de buriti foram realizadas por centrifugação utilizando como solvente o hexano, e obtiveram rendimento de 1,80 ml de óleo em 120 g de polpa. As cápsulas tiveram diâmetro médio de 1,00 mm, equivalendo a 1000 µm, podendo ser chamadas de microcápsulas. Em microscópio óptico, foi verificado se houve o encapsulamento, analisando oito partículas. Foi encontrada polinucleação em seus interiores. Quatro destas obtiveram formatos próximos ao esférico, e as outras, formatos irregulares. De acordo com o modelo, pôde ser percebido que o material ativo estava envolvido pelo material polimérico, sendo então cápsulas, diferenciando de esferas. * igoraghape@hotmail.com Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 18
  20. 20. Palavras-chaves: encapsulamento, óleo de buriti, alimentos funcionais, gelificação iônica, alginato de sódio. 1. Introdução O encapsulamento é definido como uma técnica capaz de revestir ou empacotar substâncias sólidas, líquidas ou gasosas, através de um revestimento polimérico. 1 Geralmente, vem sendo aplicada em diferentes setores industriais, como agrícolas, farmacêuticas, gráficas, médicas, cosméticas e alimentar. Na área alimentícia, teve sua primeira aplicação na década de 60, com o encapsulamento de óleos essenciais, com intenção de prevenir oxidações, perdas de compostos voláteis e da obtenção de um controle de liberação do aroma no meio. 2, 3 As cápsulas são formadas por duas partes: a parede, que é formada por um material encapsulante, e o núcleo, onde se contém alguma substância ou organismo de controle. De acordo com seu tamanho, as cápsulas são classificadas de três modos: macrocápsulas (>5000 µm), microcápsulas (0,2-5000 µm) e nanocápsulas (<0,2 µm). 4, 5 As cápsulas podem ter diferenças em suas estruturas e, de acordo o modelo, podem ser consideradas cápsulas ou esferas. As cápsulas são constituídas de uma região nuclear, envolvida por uma camada polimérica contínua. As esferas possuem uma geometria interna irregular, onde pequenas partículas de ingrediente ativo estão dispersas numa matriz do agente encapsulante. Porém, o sentido de encapsulação abrange tanto o conceito de esferas como o de cápsulas. 5, 6 A Figura 1 ilustra as diferenças entre cápsulas e esferas. Figura 1. Representação de cápsulas e esferas: (a) cápsulas sistema reservatório; (b) esferas sistema matricial. Fonte: Adaptado de BARROS; STRINGHETA, 2006. É possível também classificar as cápsulas como mononucleares, quando o material núcleo não estiver dividido, e em polinucleares, quando houver divisões do núcleo no interior das cápsulas. Isto também acontece com as esferas, podendo estar classificadas como homogêneas, quando o ingrediente ativo estiver no estado molecular (dissolvido), ou heterogêneas, se o material núcleo estiver suspenso. 2 Entre os principais objetivos e vantagens do método de encapsulamento, estão: possibilitar o manuseio de um líquido tal como um sólido, separar substâncias reativas ou incompatíveis, evitar reações indesejadas com o meio, mascarar odores e sabores, proteger contra possíveis oxidações, umidade, calor e luz, evitar a volatilidade da substância, reduzir a taxa de migração de um material com o ambiente externo, Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 19
  21. 21. melhorar aplicação em sistemas secos, tornar o material núcleo mais diluente e controlar a liberação do material encapsulado em relação ao meio. A liberação controlada pode ser realizada pelo tempo ou por determinado evento, sendo responsável por evitar a ineficiência do material núcleo. 2, 4 O Quadro 1 ilustra os prováveis mecanismos de liberação de material ativo, de acordo com alguns tipos de materiais encapsulantes. Mecanismos de Liberação Agentes encapsulantes hidrossolúveis Mecânico Alginato x x Carragena x x Caseinato x x Celulose modificada x x Quitosana x Gelatina x Goma xantana x x Goma arábica x x Látex x Polietileno-glicol x x x Óxido de polietileno x x x Polipectato x x Amido x x Açúcar derivatizado x Térmico Dissolução Químico x x x x x Quadro 1. Agentes encapsulantes hidrossolúveis e seus prováveis mecanismos de liberação. Fonte: Adaptado de FAVARO – TRINDADE et al. (2008). Alguns polímeros formam géis por gelificação iônica. Este método consiste em extrudar o material encapsulante e material núcleo, como forma de gotas em uma solução. São formadas cápsulas, com estruturas de redes tridimensionais, devido a ligações iônicas causadas pela interação de íons de baixa massa molecular com uma solução polimérica aquosa. 2, 9, 10 O agente encapsulante escolhido, alginato de sódio, é um polissacarídeo que possui alta capacidade de formar filmes, géis e hidrogéis, sendo obtido principalmente de algas marinhas marrons. Possui cadeias lineares hidrossolúveis. Em contato com íons metálicos, como o cloreto de cálcio, proporciona uma ligação entre cadeias lineares, onde é formada uma gelatina insolúvel em forma de esfera. Em forma de pó ele é insípido, inodoro e possui coloração branca pálida ou marrom amarelado. 11, 12, 13 Os alimentos funcionais podem ser definidos como aqueles que agem em benefício ao corpo, possuindo também efeitos nutricionais, e que além de atuar no bemestar e saúde, reduzem riscos de doenças como hipertensão, diabetes, câncer, Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 20
  22. 22. coronariopatias e osteoporose. Eles são a combinação de alimentos de alta flexibilidade com moléculas biologicamente ativas, que objetiva corrigir distúrbios metabólicos. 14,15 Da polpa do fruto buriti (Mauritia flexuosa L.), pode ser extraído um óleo, rico em carotenóides. Aproximadamente 50, dos mais de 600 carotenóides conhecidos, são precursores de vitamina A. Dentre os carotenóides, destaca-se o β-caroteno, como mais presente em alimentos e com maior índice desta vitamina. A cada 100 g da polpa do buriti, há 4,104 mg de vitamina A. Esta vitamina tem grande importância na manutenção dos tecidos epiteliais, no crescimento e reprodução de um indivíduo, agindo também contra a hipovitaminose A, doença causada pela ausência de tal vitamina. 16, 17, 18, 19 A aplicação de óleo rico em vitamina A em alimentos, como o óleo de buriti, seria de grande importância nutricional, e também para agir contra a hipovitaminose A. Alimentos como margarina e óleo de soja poderiam ser usados como agentes, assim como outros, devido seus altos índices de consumo. 17 O objetivo deste trabalho foi de encapsular o óleo de buriti, através do método de gelificação iônica. Futuros estudos podem ser realizados, para uma aplicação destes encapsulados na produção de alimentos funcionais. 2. Materiais e Métodos Os frutos buriti (Mauritia flexuosa L.) foram coletados nas proximidades da Escola Agrícola, na cidade de Barra do Bugres – MT, 15º04'21" de latitude sul e a 57º10'52" de longitude oeste. 20 Os frutos foram deixados de molho em água potável, sob temperatura ambiente (25 °C), por aproximadamente 48 horas. Esta operação é realizada para melhorar o processo de descascamento. Os frutos foram então retirados e descascados. A polpa foi extraída do endocarpo, com auxílio de uma colher. Foram pesados 120 g de polpa de buriti em balança semi-analítica KN300, calibrada, e submetida a 180 ml de água destilada. Esta operação teve o objetivo de tornar a polpa menos viscosa. Esta polpa foi dividida e colocada em tubos de ensaios, sendo submetida ao processo de centrifugação (Centrífuga Gemmy Industrial Corp.) a 4000 rpm, por 3 minutos. A centrifugação é um processo utilizado para separar sólidos de líquidos, ou até mesmo uma mistura de líquidos. Esta separação ocorre pela diferença de tamanho das partículas ou pela densidade. 21 Neste caso, a centrifugação foi útil em separar o óleo da água, e dos sólidos da polpa. Depois de centrifugar, os resíduos sólidos presentes na polpa foram descartados e a solução água/óleo foi recolhida em um béquer de 250 ml. Foram então adicionados 20 ml de solvente hexano a esta solução, e levados para um balão de separação, onde a água foi descartada. A solução composta por hexano e óleo foi levada a estufa a uma temperatura de 70°C, permanecendo até a evaporação do solvente. A quantidade de óleo extraída foi de 1,80 ml. O óleo presente no solvente é chamado de miscela, sendo que, a velocidade e eficácia da extração ocorrem com o equilíbrio óleo-miscela-solvente. O hexano dissolve com facilidade o óleo, possuindo uma composição homogênea e uma estreita faixa de temperatura de ebulição (70°C). 22 Na Figura 2 está sendo mostrado o óleo de buriti em processo de extração, por solvente hexano. O uso de duas técnicas para extração, a centrifugação e uso de solvente, foi necessária, pois apesar do processo de centrifugação separar tantos os sólidos resultantes da polpa quanto a água, a extração por solvente se mostra mais prática, pois mesmo sobrando resíduos de água no óleo, esta será evaporada juntamente com o solvente. Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 21
  23. 23. Figura 2. Óleo de buriti em processo de extração por solvente hexano. FONTE: AUTOR, 2012. Para o processo de encapsulamento, foi preparada solução de alginato de sódio, adicionando 2 g deste material e completando 100 mL de água destilada em balão volumétrico (solução de 2,0%), solubilizando a solução em agitador magnético 626122, até total diluição. A solução de cloreto de cálcio foi preparada com a solubilização de 6,67 g do pó em 100 ml de água destilada, utilizando balão volumétrico (solução de 6,67%), sob agitação manual, para ocorrer diluição. As soluções de cloreto de cálcio e alginato de sódio foram submetidas a análises de pH, através de um pHmetro digital Marconi PA 200. Apesar do óleo de buriti possuir tom alaranjado, ele foi pigmentado com corante lipossolúvel de tom avermelhada, com objetivo deste último agir como um indicador. A adição do corante fez com que o volume total, óleo/corante, atingisse 2,20 ml. O óleo, previamente pigmentado, foi emulsionado a 10 ml de solução de alginato de sódio (2%) e submetido a agitação (agitador TS-2000 VDRL SHAKER) de 200 rpm, por 3 minutos. Uma agulha de 0,3x13 mm foi acoplada a um suporte universal e, com auxílio de uma seringa, a solução óleo/alginato foi gotejada 25 vezes, produzindo, consequentemente, 25 cápsulas em um béquer (80 ml) contendo solução de cloreto de cálcio (6,67%), sob agitação de 120 rpm. A distância da agulha à superfície da solução de cloreto de cálcio foi de 2 cm. A Figura 3 mostra um sistema de produção de cápsulas pelo método de gelificação iônica. Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 22
  24. 24. Figura 3. Sistema de produção de cápsulas por gelificação iônica: (a) bico injetor com calibre de 0,3x13 mm; (b) solução iônica; (c) seringa contendo emulsão de material encapsulante e material ativo; (d) plataforma de agitação. Fonte: Autores, 2012. Depois de formadas, as cápsulas ficaram em repouso na solução de cloreto de cálcio por 30 minutos. Com auxílio de uma peneira, foram retiradas as cápsulas do béquer e então lavadas com 50 ml de água destilada, para retirada do sal (Figura 4). Figura 4. Cápsulas de alginato de sódio contendo óleo de buriti. Fonte: Autores, 2012. As cápsulas foram dispostas em placa de petri e analisadas com auxílio de um microscópio óptico, com alcance de 10 vezes, com as imagens capturadas com câmera digital, para verificação do formato, do modelo (cápsulas ou esferas) e da distribuição Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 23
  25. 25. do óleo no interior das cápsulas. Os diâmetros das partículas foram estimados através de um paquímetro e sua média foi obtida pela Equação 1: Média = soma total dos diâmetros número de amostras (1) 3. Resultados e Discussões As soluções de alginato de sódio e cloreto de cálcio apresentaram pHs de 6,51 e 5,48, respectivamente. Há uma relação entre o pH da solução de cloreto de cálcio e a formação das cápsulas de alginato de sódio. Em soluções ácidas há uma estabilidade do gel, ao contrário de soluções alcalinas, que podem causar degradações. 23 A análise por microscópio óptico possibilitou verificar se houve, de fato, o encapsulamento do óleo de buriti. Foi possível verificar também, o formato das cápsulas, o modelo e também a distribuição do óleo no seu interior. Foram analisadas oito partículas. A Figura 5 mostra quatro tipos de cápsulas que obtiveram formatos próximos do esférico. Verifica-se que nestas cápsulas a distribuição do óleo apresentase com polinucleação, ou seja, com o óleo divido em vários núcleos, sendo, nestes casos, uma parte concentrada no centro e várias partes pequenas dispersas. Figura 5. Cápsulas de alginato de sódio contendo óleo de buriti c om formatos próximos ao esférico; visão em microscópio óptico com aumento de 10x. Fonte: Autor, 2012. Na Figura 6 são ilustradas quatro cápsulas que obtiveram formatos irregulares, com caudas. Nestas também se observa a polinucleação do material ativo. Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 24
  26. 26. Figura 6. Cápsulas de alginato de sódio contendo óleo de buriti com formatos irregulares; visão em microscópio óptico com aumento de 10x. Fonte: Autor, 2012. O formato das cápsulas, como também a disposição do material núcleo (mononucleação ou polinucleação), dependem da natureza do material a ser encapsulado e do método escolhido para encapsular. 24 De acordo com o modelo, o que pode ser observado, em ambas figuras, é que o óleo (material ativo) foi envolvido por uma camada polimérica (alginato de sódio), se tornando, assim, do modelo cápsulas. Como descrito anteriormente, as partículas seriam do modelo esferas, se o material ativo estivesse disperso com o material polimérico. Também, partículas maiores que 0,2 µm e menores que 5000 µm são chamadas de microcápsulas. As partículas de alginato de sódio, contendo como material núcleo óleo de buriti (produzidas neste trabalho), são consideradas microcápsulas, pois, de acordo com a Equação 1, o resultado do cálculo de média de tamanho das partículas foi de 1,00 mm, equivalendo a 1000 µm. 4. Conclusão A técnica utilizada no encapsulamento foi a gelificação iônica e, como previsto, mostrou-se um método simples, de fácil reprodução, barato e eficiente. O óleo de buriti, teoricamente rico em vitamina A, foi o composto escolhido a ser encapsulado. As extrações do óleo por centrifugação e solvente hexano, renderam 1,80 ml de óleo em 120 g de polpa. Mesmo possuindo tom alaranjada, o óleo foi pigmentado com corante lipossolúvel de cor vermelha. As cápsulas obtidas tiveram diâmetro médio de 1,00 mm, equivalendo a 1000 µm, podendo serem chamadas de microcápsulas. Em microscópio óptico, foi verificado se houve o encapsulamento, analisando oito partículas. Foram encontradas Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 25
  27. 27. polinucleações em seus interiores. Quatro destas obtiveram formatos próximos ao esférico, e as outras, formatos irregulares. Pôde ser percebido também, que o material ativo estava envolvido por material polimérico, possuindo, dessa forma, modelo de cápsulas, diferenciado do modelo de esferas. O óleo de buriti foi encapsulado por gelificação iônica. Como proposta, o óleo encapsulado pode ser aplicado para produção de alimentos funcionais, por uso de suas características nutricionais e farmacêuticas. 5. Referências bibliográficas [1] SUAVE, J. et al. Microencapsulação: inovação em diferentes áreas. Revista Saúde e Ambiente, [S.l.], v. 7, n. 2, p. 12-20, dez., 2006. [2] SILVA, C. et al. Administração oral de peptídeos e proteínas: II. Aplicação de métodos de microencapsulação. Revista Brasileira de Ciências Farmacêuticas, [S.l.], v. 39, n. 31, p. 01-20, jan./mar., 2003. [3] ROCHA, G. A. Produção, caracterização, estabilidade e aplicação de microcápsulas de licopeno. Universidade Estadual de Campinas, São Paulo, 2009. [4] AZEREDO, H. M. C. de. Encapsulação: aplicação à tecnologia de alimentos. Alim. Nutr., Araraquara, v. 16, n. 1, p. 89-97, jan./mar., 2005. [5] ARAÚJO, A. L. de; Microencapsulação do ferro através da técnica de coacervação complexa. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2011. [6] WILSON, N; SHAH, N. P. ASEAN Food Journal. Microencapsulation of vitamins, Melbourne, v. 14, n. 1, p. 1-14, 2007. [7] BARROS, F. A. R. de; STRINGHETA, P. C. Microencapsulamento de Antocianinas. Biotecnologia Ciência e Desenvolvimento, Brasília, ano 9, n. 36, p. 1824, jan./jun., 2006. [8] FAVARO-TRINDADE, C. S.; PINHO, S. C. de; ROCHA, G. A. Microencapsulação de ingredientes alimentícios. Braz. J. Food Technol., São Paulo, v. 11, n. 2, p. 103-112, abr./jun., 2008. [9] ROCHA, W. S. da; GROSSO, C. R. F. Permeação de solutos de diferentes massas moleculares em matrizes compostas de alginato de cálcio e acetofitalato de celulose. Sitientibus, Feira de Santana, n.35, p. 125-148, jul./dez., 2006. [10] PADILHA, G. da S. Caracterização, purificação e encapsulamento de lipase de Burkholderia cepacia. Universidade Estadual de Campinas, São Paulo, 2010. [11] OLIVEIRA, A. F. de. et al. Desenvolvimento, caracterização e aplicação de biofilmes obtidos a partir de carboximetilcelulose e alginato de sódio na liberação de nutrientes. 17º CBECIMat - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Foz do Iguaçu, 2006. Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 26
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  29. 29. Volume 2‫ ׀‬Número 3‫ ׀‬Julho-Setembro de 2012 REVISTA CITINO SEÇÃO BIOTECNOLOGIA BIOTECHNOLOGY SECTION BIOPROSPECÇÃO: SUBSTRATO E PROCESSO BIOPROSPECTING: SUBSTRATE AND PROCESS Julho - Setembro de 2012 Pág. 29 EXTRAÇÃO E AVALIAÇÃO DO RENDIMENTO DE ÓLEO DA POLPA DE BOCAIÚVA
  30. 30. Vol. 2, No. 3, Julho-Setembro de 2012 ORIGINAL ARTICLE EXTRACTION AND EVALUATION OF INCOME OIL OF PULP BOCAIUVA  Gabriela Souza Alves1, Lizandra Carla Pereira de Oliveira1, Alexandre Gonçalves Porto2, Fabrício Schwanz da Silva2, Flávio Teles Carvalho da Silva2 e Etney Neves3,4 ¹ Acadêmica do Curso de Engenharia de Alimentos, UNEMAT - Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus Barra do Bugres – MT, Brasil. Rua Florianópolis, JD Elite II, CEP 78390000. 2 Professor do Departamento de Engenharia de Produção Agroindustrial, UNEMAT.- Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus Barra do Bugres – MT. 3 Professor do Departamento de Engenharia de Alimentos, UNEMAT.- Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus Barra do Bugres – MT. 4 Pesquisador Associado a Associação Nacional Instituto Hestia de Ciência e Tecnologia, HESTIA.Brasil. Abstract The bocaiuva, Acrocomia aculeata, is a palm tree from cerrado and naturally occurring in the central-western Brazil. The literature reports that the bocaiúva oil is of very high quality, both in the flesh and in the almond. Among its various uses, the production of biodiesel as a renewable and biodegradable source is reported. This work deals with the bocaiúva, as an input of broad innovative potential. In this study, the pulp oil (biomass) extraction occurred. Yields for two solvents were compared and discussed. The nature of the oil was theoretically studied and fundamental knowledge was established. This basis aims to boost subsequent work to change the natural oil structure. Keywords: acrocomia aculeate, bocaiuva oil, biomass, extraction. * gabriela_souzamt@hotmail.com Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 29
  31. 31. Vol. 2, No. 3, Julho-Setembro de 2012 ARTIGO ORIGINAL EXTRAÇÃO E AVALIAÇÃO DO RENDIMENTO DE ÓLEO DA POLPA DE BOCAIÚVA  Gabriela Souza Alves1, Lizandra Carla Pereira de Oliveira1, Alexandre Gonçalves Porto2, Fabrício Schwanz da Silva2, Flávio Teles Carvalho da Silva2 e Etney Neves3,4 ¹ Acadêmica do Curso de Engenharia de Alimentos, UNEMAT - Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus Barra do Bugres – MT, Brasil. Rua Florianópolis, JD Elite II, CEP 78390000. 2 Professor do Departamento de Engenharia de Produção Agroindustrial, UNEMAT.- Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus Barra do Bugres – MT. 3 Professor do Departamento de Engenharia de Alimentos, UNEMAT.- Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus Barra do Bugres – MT. 4 Pesquisador Associado a Associação Nacional Instituto Hestia de Ciência e Tecnologia, HESTIA.Brasil. Resumo A bocaiúva, Acrocomia aculeata, é uma palmeira pertencente ao cerrado. A sua ocorrência natural, se dá amplamente na região centro-oeste brasileira. A literatura relata que a bocaiúva possui constituintes diferenciados em seus óleos, tanto na polpa quanto na amêndoa. Dentre as várias utilizações do óleo, é citado como fonte biodegradável e renovável para a produção de biodiesel. Este trabalho trata à bocaiúva, como um insumo de potencial inovador amplo. Neste estudo, foi realizada a extração do óleo da polpa (biomassa). Os rendimentos para dois solventes foram comparados e comentados. A natureza do azeite foi estudada teoricamente, e um conhecimento básico estabelecido. Este estudo tem como meta impulsionar trabalhos posteriores, para modificação da estrutura do óleo natural. Palavras-chaves: acrocomia aculeata, óleo de bocaiúva, biomassa, extração.1 1. Introdução A bocaiúva também é conhecida como chiclete-de-cuiabano, coco-baboso, cococatarro, macaúba, macaiba, macaibeira e macajuba. 1 É uma palmeira de aproximadamente 15 m de altura, com 20 a 30 cm de diâmetro, 2 pertencente ao cerrado e de ocorrência natural na região centro-oeste brasileira. Seus frutos são de tendência esférica, com diâmetro variando de 2,5 a 5,0 cm. A polpa da bocaiúva apresenta uma cor amarela à alaranjada, quando madura, e é normalmente rica em carotenóides3. A amêndoa é oleaginosa e comestível. A floração ocorre durante todo o ano, mas os frutos amadurem entre setembro e janeiro. 1 * gabriela_souzamt@hotmail.com Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 30
  32. 32. As palmeiras, em sua maioria, são ricas em óleos. Dentre as mais citadas, a bocaiúva é uma das fontes brasileiras de óleo vegetal, chegando a produzir quatro mil hectares por ano. 2 O óleo da bocaiúva é de altíssima qualidade, podendo ser comparado com o óleo de oliva em relação a valores nutricionais. Tanto a polpa quanto a amêndoa, contém óleo rico em ácido oleico. 2,4 Há vários métodos diferentes para extrair óleos de vegetais, como prensagem mecânica, fermentação, extração por Soxhlet e Goldfish. 5 A prensagem é o método mais recomendado para matérias-primas com altos teores de óleos. 6 Já a extrações por solventes, são geralmente utilizados para pequenas quantidades de biomassa ou baixos teores de óleos. Em especial, são usados para estudos em laboratórios para fins científicos. Porém, solventes podem provocar alterações químicas nas moléculas, e contaminações originando toxidades. 7 Foi realizada uma revisão da literatura sobre a fenologia e a botânica da bocaiúva. Frutos foram colhidos como amostras e as morfologias avaliadas. A polpa foi separada para o estudo experimental. Os resultados experimentais foram comparados e comentados em relação a literatura. A polpa foi avaliada em seus teores de óleo. Dois tipos de solventes foram utilizados e as eficiências discutidas. 2. Óleos vegetais Os óleos vegetais são geralmente extraídos de sementes oleaginosas, da polpa de frutas e de germes de cereais. São constituídos principalmente de triglicerídeos, e de uma mistura de componentes menores. A quantidade de substancias, tanto qualitativa quanto quantitativa, depende da espécie vegetal. 5 A crise do petróleo, na década de 70 do século 20, motivou vários estudos para a descoberta de fontes alternativas de óleos. Os óleos vegetais ganharam destaque, nestas pesquisas. 4 Os óleos vegetais podem substituir o óleo diesel, para uso em motores de combustão internos estacionários ou automotivos. Esses óleos podem ser utilizados “in natura”, ou modificados por processos físicos e químicos . 8 O biodiesel, obtido através da reação de transesterificação, é uma das formas da utilização de óleos vegetais e gorduras animais em motor diesel, por possuir viscosidade reduzida em relação às suas matérias-primas originárias. O processo de transesterificação reduz o peso molecular em até 1/3 em relação aos triglicérides e, também, reduz a viscosidade e aumenta a volatilidade. Após a reação, os produtos são uma mistura de ésteres de ácidos graxos, glicerol, álcool, catalisador e um baixo percentual de tri, di e monoglicerídeos. 9 Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 31
  33. 33. Figura 1. Esquema da reação de transesterificação pela via metílica ou etílica, utilizando como catalisador um ácido, uma base ou uma enzima, para produção de biodiesel. 3. Óleo da Bocaiúva A extração do óleo da bocaiúva pode ser realizada tanto com a polpa, quanto com a amêndoa. A amêndoa produz um óleo claro rico em ácido láurico. O óleo da polpa possui uma cor esverdeada, 1 e apresenta maior quantidade o ácido oleico do que a amêndoa. 4 No mercado nacional e internacional, o óleo de bocaiúva vem sendo valorizado. È uma consequência da qualidade intrínseca, com destque aos valores nutricionais próximos ao da oliva. Sua utilidade vem sendo relatada no campo medicinal, alimentício, cosméticos, entre outros. 2 O biodiesel é um combustível alternativo, biodegradável e atóxico produzido de recursos. 6,10 Quimicamente, é definido como um éster de ácido graxo de cadeia longa, derivado de fontes renováveis, como óleos vegetais e gorduras. 8 O óleo de bocaiúva por apresentar uma vasta distribuição geográfica e qualidades do ponto de vista natural, ecológico e sócio-econômico, pode ser destacado como um insumo forte para a produção de biodiesel. 2 4. Extrator Soxhlet: Solventes O extrator de Soxhlet é usado para extração de substâncias de sólidos, por solventes quentes. 11 Os solventes, em temperaturas elevadas, entram em contato direto com as amostras, proporcionando assim um arraste mais eficaz dos ácidos graxos e outros componentes presentes nas mesmas. Nessa extração, o sistema permite que certa quantidade de solvente passe várias vezes na amostra formando um ciclo. O ciclo corresponde a uma lavagem, teoricamente total da amostra. É o método de extração de óleos mais utilizado em pesquisas científicas. Os lipídeos são biomoléculas solúveis em solventes orgânicos. 12 Os solventes orgânicos geralmente usados na extração de lipídeos, são o éter de petróleo e o Hexano. Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 32
  34. 34. 5. Extração Experimental do Óleo de Bocaiúva Os frutos da bocaiúva são esféricos ou ligeiramente elipsóides achatados variando seu diâmetro de 2,5 a 5,0 cm. Quando maduro, o epicarpo rompe-se facilmente. O mesocarpo é fibroso, rico em óleo e possui sabor adocicado. 1 Seis massas do mesocarpo da bocaiúva foram utilizadas para extração de óleo via Soxhlet. Três colunas do extrator Soxhlet foram preparadas, com o solvente éter etílico e as outras três com éter de petróleo. Durante um período de 8 horas, as amostras foram lavadas em um ciclo contínuo. Após um determinado tempo, a coloração do da substancia solvente-óleo mudou, de incolor para amarelo, mais rapidamente para as que continham éter etílico. As amostras foram retiradas do extrator Soxhlet, depois de 8 horas em ciclo contínuo, e as mesmas foram levadas a uma estufa, com temperatura próxima a 60°C, para uma remoção total do solvente. Em um dessecador, as amostra permaneceram em repouso até esfriarem. O rendimento do óleo em relação ao tipo de solvente utilizado esta descrito na Tabela 1, e ilustrado comparativamente no Gráfico 1. Tabela 1. Valores de quantidade de óleo extraída da polpa da Acrocomia aculeata, popularmente chamada de Bocaiúva. SOLVENTES ÉTER ETÍLICO ÉTER DE PETRÓLEO *amostras em porcentagens 16 14 Amostra 1* 12,33 5,12 Amostra 2* 12,85 3,3 Amostra 3* 17,33 4,75 Média* 14,3 4,39 Éter Etílico 14,3 12 10 8 6 4 Éter de Petróleo 4,39 2 0 Gráfico 1 – Rendimento em percentual (%), da extração por solventes do óleo da polpa da Acrocomia aculeata. . Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 33
  35. 35. 6. Conclusão O fruto da bocaiúva, Acrocomia aculeata, é um insumo para extração de óleo vegetal originado da biodiversidade brasileira. Segundo a literatura, o óleo da bocaiúva possui qualidade nutricional comparado aos azeites de oliva. Seu uso alimentar, portanto, é possível e compete com outras visões de utilização deste insumo. Os óleos de bocaiúva podem ser utilizados, nos estudos de polimerização de óleos. Os autores deste trabalho, em experimento preliminar, obtiveram uma borracha através de um processo de polimerização utilizando temperatura associada a um indutor químico, como catalizadores. A princípio, todos os óleos vegetais podem ser convertidos em biodiesel, inclusive os óleos obtidos neste estudo. Entretanto, óleos extraídos seletivamente aqui podem representar um caminho, para a obtenção de lubrificantes automotivos específicos. O rendimento de extração de óleos de biomassas é dependente de um estudo prévio, do tamanho da partícula do vegetal usada no processo, da temperatura e tempo de extração, e do solvente utilizado. Neste último caso, devidamente comprovado neste trabalho. As amostras com os óleos extraídos pelo éter etílico renderam, em média, três vezes mais óleo do que as do processo de extração que utilizou o éter de petróleo. 7. Referências bibliográficas [1] LORENZI, G. M. A. C.; Acrocomia aculeata (Jacq.) Lodd. ex Mart. - Arecaceae: Bases para o extrativismo sustentável. Curitiba, 2006 [2]NUCCI, S. M.; Desenvolvimento, caracterização e análise da utilidade de marcadores microssatélites em genética de população de macaúba. Campinas, 2007. [3] RAMOS, M. I. L.; Polpa de bocaiúva [ Acrocomia aculeata (Jacq.) Lodd.]; composição química e biodisponibilidade de carotenóides. Brasília, 2007. [4] AMARAL, F. P.; Estudo das características físico-químicas dos óleos da amêndoa e polpa da macaúba [acrocomia aculeata (jacq.) lodd. ex mart]. Botucatu, 2007. [5] CORSO, M. P.; Estudo da extração de óleo de semente de gergelim ( Sesamun indicum L.) empregando os solventes dióxidode carbono supercrítico e n-propano pressurizado. Toledo – PR, 2008. [6] JUNIOR, C. T.; Extração de óleo de soja com etanol e transesterificação etílica na miscela. Dissertação de MestradoPiracicaba, 2008. [7] MAUL, A. A.; Fluidos supercríticos: Situação atual e futuro da extração supercrítica. Biotecnologia Ciência e Desenvolvimento. CICONINI, G.; FAVARO, S.P.; SOUZA, C. F. T; MIYAHIRA, M. A.M; CORRÊA, A.; PLEIN,G.S.; SOUZA J. L. C.; SANTOS, G. C.; Óleo de polpa de macaúba: Variabilidade das características físico-químicas em plantas do Mato Grosso do Sul. João Pessoa – PB. (2010) Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 34
  36. 36. [8]BERMANN, C.; Energia no Brasil: Para quê? Para quem? Crise e alternativas para um país sustentável. 2° Edição. Editora Livraria da Física: FASE, 2001. São Paulo. [9] PINTO, Angelo C. et al. Biodiesel: an overview. J. Braz. Chem. Soc., São Paulo, v. 16, n. 6b, Nov. 2005. [10]PORTELA, F. M.; SANTOS, D. Q.; e HERNANDEZ-TERRONES, M. G.; Produção de biodiesel etílico e metílico a partir de macaúba. In IX Encontro interno & XIII Seminário de Iniciação Científica. Uberlândia, 2009. [11] LIMA, C. A.; SILVA, C. A. M.; COSTA, D. S. O.;SCIENZA, M. R.; SILVA, M. V. C.; SILVA, R. A. M.; Extração em extrato de Soxhlet e percolação a temperatura ambiente das substâncias contidas nas amêndoas do bacuri. Belém – PA [12] PARK, K. J.; ANTONIO, G. C.; Análises de materiais biológicos. Campinas – SP, 2006 Vol. 2, No. 3, Julho - Setembro 2012, Página 35
  37. 37. Edição: Volume 2‫ ׀‬Número 3‫ ׀‬Julho-Setembro de 2012 Julho – Setembro de 2012 Contato: Associação Nacional Hestia Travessa Campo Grande, 138- Bucarein CEP 89202-202 – Joinville – SC – BRASIL Fax: 47 4009-9002 E-mail: citino@hestia.org.br

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