ítulo: EXTRACCION POR SOLVENTE DE BETA-CAROTENO 

Resumen: EN LA INVENCION SE PRESENTA UN METODO PARA LA EXTRACCION POR SOLVENTE DE (BETA)-CAROTENO DE UNA SUSPENSION DE UNA BIOMASA DE ALGAS ACUOSA SEGUN EL CUAL SE MEZCLA UN ACEITE VEGETAL INMISCIBLE CON AGUA CON UNA SUSPENSION DE UNA BIOMASA ACUOSA, EN DONDE LA BIOMASA CONTIENE EL (BETA)-CAROTENO, PARA FORMAR UNA MEZCLA DE LA FASE ORGANICA Y DE LA SUSPENSION ACUOSA, CON LO QUE EL (BETA)-CAROTENO SE DISUELVE EN LA FASE ORGANICA. DESPUES SE SEPARA LA FASE ORGANICA DE LA FASE ACUOSA HACIENDO PASAR A LA FASE ORGANICA QUE CONTIENE EL (BETA)-CAROTENO DISUELTO A TRAVES DE UNA MEMBRANA SEMIPERMEABLE PARA MICROFILTRAR O ULTRAFILTRAR LA FASE ORGANICA. LA MEMBRANA ES DE UN MATERIAL HIDROFOBICO Y LA FASE ORGANICA SE PASA A TRAVES DE LA MEMBRANA CON UNA CAIDA DE PRESION A TRAVES DE LA MEMBRANA INFERIOR A LA QUE HACE QUE LA FASE ACUOSA PASE A TRAVES DE LA MEMBRANA. ítulo: EXTRACCION POR SOLVENTE DE BETA-CAROTENO 

Estudio de los métodos de extracción de carotenoides en zanahoria por fluido supercrítico ( DFT ) y convencional

Un estudio de los métodos de carotenoide en las zanahorias utilizando extracción supercrítica del fluido de extracción ( SFE ) y los métodos convencionales

Ellem Waleska Nacimiento ContadoI da Fonseca , Leonardo da Silva PattoII ; Denise RochaIII Alvarenga ; Patto Maria Celeste de AbreuIII ; Angelita Duarte CorrêaIII ; Custodio Donizete de SantosIII

Federal IUniversidade Lavras / UFLA - Departamento de Química / DEX - Cx P. 3037 - 37200-000 - Lavras - ellem.waleska @ ig.com.br

Federal IIUniversidade Lavras / UFLA - Departamento de Agricultura / DAG - Lavras

Federal IIIUniversidade Lavras / UFLA - Departamento de Química / DEX - Lavras

RESUMEN

La zanahoria ( Daucus carota L.) , una planta de la familia de las umbelíferas , produce una raíz aromática y comestible , siendo una de las hortalizas cultivadas en Brasil . Es la fuente primaria de origen vegetal carotenoides pro - vitamina , especialmente β - caroteno y la voluntad , siendo también una fuente importante de antioxidantes en la dieta y fibra mineral. Este trabajo se realizó con el objetivo de evaluar dos métodos de extracción de β -caroteno, fluidos supercríticos ( EFS) y convencional y analizar la composición química de las zanahorias crudas . El contenido de β -caroteno obtenido por extracción y EFS convencional fue 2457 y 2455 μg/100g respectivamente. Los valores medios para el secado de zanahoria cruda fueron: prima seca = 8,9 % , extracto etéreo = 0,29 %, cenizas = 8,11 % ; = 14.57 % de fibra cruda , proteína cruda = 6 , 4 % , nitrógeno 6,3 % = extracto y valor calórico = 27,7 kcal . Llegamos a la conclusión de que la extracción de carotenoides en zanahoria por fluido supercrítico es una técnica de separación viable debido a este líquido es inerte , no deja residuos y no genera los residuos ambiental final . Los niveles encontrados concluir también que las zanahorias son buenas fuentes de fibra , tienen un alto contenido de humedad y baja en grasas , cenizas y poder calorífico .

Términos para indexación : Zanahoria , extracción con fluido supercrítico , β -caroteno.

RESUMEN

La zanahoria ( Daucus carota L.) es una planta de la familia de las umbelíferas . Produce una raíz aromática y comestible , y es una de las hortalizas más cultivado en Brasil. Representa la principal fuente de origen vegetal , los carotenoides provitamina A, α y β -caroteno , especialmente , y es también una gran fuente de fibra dietética , antioxidantes y minerales. Este estudio tuvo como objetivo el evaluar dos métodos de extracción de β -caroteno, fluidos supercríticos (SFE ) y convencional, y examinar la composición proximal de la zanahoria en la naturaleza. El contenido de β -caroteno obtenido por SFE y por extracción convencional fueron 2457 y 2455 μg/100g , respectivamente . Los valores promedio encontrados para la materia seca de la zanahoria fueron: materia seca = 8,9 % ; extracto de éter = doce y veintinueve % ; cenizas = 8:11 % , fibra cruda = 14:57 % , proteína bruta = 6,4 % , extracto no nitrogenado = 6,3 % y el valor calórico = 27,7 kcal. Se concluye que la extracción de carotenoides utilizando fluidos supercríticos la separación es una técnica viable ya que este fluido es inerte y no genera residuos ni termina residuos medioambientales . Se puede concluir a partir de los niveles encontrados de Que las zanahorias son buenas fuentes de fibra , presente alto contenido de humedad y baja en grasas, cenizas y poder calorífico .

Términos para indexación : Zanahoria , extracción con fluido supercrítico , β -caroteno.

Los carotenoides han sido el objeto de numerosos estudios debido a sus importantes funciones biológicas en los seres humanos , además de su papel como pigmentos naturales . Estos estudios se remontan a 1831, cuando el aislado zanahoria pigmento por la cual dieron el nombre de caroteno ( raíz de zanahoria ) . Sólo en 1919 , se descubrió que existía una relación entre los carotenoides y vitamina A y , en 1930 , se estableció que algunos de ellos tienen provitamina A. Tales como: ( β -caroteno, α -caroteno y âzeacaroteno ) , que puede convertirse en vitamina A en el cuerpo del animal ( Rodríguez -Amaya , 1993 ) . Debido a la diversidad de funciones y acciones que se atribuyen a los carotenoides , su estudio reúne a investigadores de diferentes campos como la química , la agronomía y la salud ( Rodríguez -Amaya , 1993 ) . Los carotenoides son compuestos extremadamente susceptibles a las reacciones oxidativas , debido al alto grado de insaturación de los bonos . En frutas y verduras en la naturaleza , la estructura celular y la formación de complejos con proteínas confieren cierta estabilidad. Durante las diversas etapas de procesamiento para la extracción , esta ultraestructura y complejos pueden romperse , exponiendo los carotenoides a factores adversos , que conduce a su destrucción . La estabilidad varía ampliamente en el procesamiento y almacenamiento, dependiendo de la temperatura , la disponibilidad de oxígeno , la exposición a la luz, la actividad del agua , la acidez, presencia de metales y la propia estructura ( Chiclester y McFeeters 1971 , Godoy y Rodríguez -Amaya , 1987 ; Padua y Rodríguez -Amaya , 1987 ) . La presencia de antioxidantes naturales , tales como el ácido ascórbico y tocoferol , retrasar la oxidación ( Bauernfeind , 1981 ) .

Los beneficios que la pro-vitamina A ofrece el cuerpo que van desde el fortalecimiento del sistema inmune a acciones benéficas contra las enfermedades degenerativas como el cáncer , enfermedades cardiovasculares , degeneración macular y la formación de cataratas . Especialmente para los niños , la deficiencia de esta vitamina, además de aumentar el riesgo de contraer estas enfermedades también afectan el desarrollo de los niños en la escuela , retrasando su desarrollo físico e intelectual (raquitismo y retraso , respectivamente) , lo que contribuye a la mala formación educativa y de ahí el fracaso de los estudiantes y , finalmente, la deserción escolar. Si un país adoptara medidas adecuadas para erradicar la deficiencia de vitamina A, como se beneficiarían rápidamente una población más sana , con una productividad más alta , con un nivel educativo más alto, y reducir el gasto en medicamentos , atención hospitalaria y apoyo financiero ( de jubilación ) las personas lejos de sus puestos de trabajo antes de tiempo . Otra ventaja de los carotenoides es que pueden ser consumidos en dosis elevedas considerablemente sin dañar el cuerpo se produce acumulación .

La condición supercrítica fue descrita por primera vez en 1822 por el barón Gagniard de la Tour. En 1879 , Hannay y Hogarth demostraron el poder disolvente de los fluidos supercríticos . Sin embargo , las anteriores aplicaciones industriales y analíticos sólo se produjeron en la década de 1970 ( Sihvonen et al . , 1999 ) . La primera extracción de la planta industrial con SC- CO2 se estableció en 1978 para descafeinar granos de café verde ( Kaffe Hag AG - Alemania) . Dos años más tarde, viene otra industria ( Carlton & Cervecerías - Australia ), para la extracción de lúpulo de sabor ( Raventós et al. , 2002 ) .

Se logra el estado supercrítico cuando la temperatura y la presión de una sustancia pura se incrementan por encima de su punto crítico ( Figura 1 ) . La temperatura crítica se define como la temperatura máxima a la que un gas se puede convertir en un líquido por aumento de presión . Del mismo modo , la presión crítica es la presión máxima a la que un líquido se puede convertir en un gas elevando la temperatura ( Leitner , 2000 ) .

En el estado supercrítico , la distinción desaparece entre las fases líquida y gaseosa y el fluido no puede ser licuado mediante el aumento de la presión o de gas puede convertirse en el aumento de la temperatura . Por lo tanto , las propiedades fisicoquímicas , tales como la densidad , difusividad , constante dieléctrica y la viscosidad pueden ser fácilmente controlados por cambios en la presión y / o temperatura , sin cruzar los límites de fases ( Del Valle y Aguilera , 1999 ) .

De fluidos supercríticos ( CSF ) presentes medios muy atractivos para el procesamiento de productos de origen natural , que resulta de varias características distintas, tales como la facilidad de recuperación del soluto y el reciclado de disolvente , con la simple manipulación de la temperatura y / o presión , la posibilidad para dirigir la separación mediante una elección a priori de las condiciones termodinámicas de la temperatura y / o presión y por lo tanto el ajuste del poder disolvente del fluido utilizado en la extracción de una extracción y / o separación y el control de la selectividad proceso dado mediante la elección adecuada y el disolvente de la mezcla disolvente / codisolvente utilizado ( Mohamed , 1997 ) .

Este método también se ha utilizado en la extracción de plantas medicinales , debido a la inestabilidad térmica de los ingredientes activos y también el alto grado de pureza con la que estos se obtienen . Para dicha extracción , el CO2 es licuado por primera compresión a 31 ° C. A esta temperatura , el CO2 llega a un cuarto estado en el que su viscosidad es similar a un gas pero su capacidad de disolución es mayor que la de un líquido . Una vez realizada la extracción , es el retorno a CO2 gaseoso , dando lugar a su eliminación total . Una desventaja del uso de CO2 supercrítico es su baja polaridad , la más difícil la extracción de compuestos polares . Sin embargo , con el uso de co-disolventes adecuados , puede aumentar la selectividad y CO2supercrítico solubilidad en solutos polares , por ejemplo , la adición de etanol , metanol o agua a bajas temperaturas ( Fajardo , 1997 ; Hartland y Li , 2002 ) .

Extracción con fluidos supercríticos (FSC) tiene varios atractivos para el procesamiento de productos de origen natural de fácil oxidación , como consecuencia de varias características distintivas , como la facilidad de recuperación del soluto y reciclaje de solventes con la simple manipulación de la temperatura y / o la presión , la posibilidad de la separación directa por la elección a priori de las condiciones termodinámicas de la temperatura y / o presión y el ajuste de ese modo el poder disolvente del fluido utilizado en la extracción de una extracción y / o separación dada , y el control de selectividad del proceso mediante la elección adecuada de combinación / disolvente y disolvente de co - disolvente utilizado . Fluido inerte no tóxico , no inflamable , no perjudicial para el medio ambiente y temperaturas críticas bajas tales como dióxido de carbono , tienen , además, la posibilidad de realizar la extracción y fraccionamiento sin los riesgos dejar residuos indeseables y / o degradar térmicamente los productos obtenidos , que

se produce cuando la extracción de carotenoides por el método convencional . Por lo tanto , la tecnología de FSC es una extracción alternativa viable principalmente utilizando dióxido de carbono como la extracción .

Este estudio tuvo como objetivo la extracción de carotenoides en la zanahoria utilizando fluido supercrítico (CO2 ) en comparación con un método colorimétrico convencional por espectrofotometría.

El experimento se llevó a cabo en el Departamento de Química de la Universidad Federal de Lavras , en el Laboratorio de Bioquímica y Centro de Análisis y Prospección Química .

Cultivar zanahorias Nantes fueron utilizados en la encuesta de Lavras . Se recolectó cerca de 10 libras de zanahorias en tres puntos de intercambio. Las zanahorias se lavaron en agua corriente para eliminar las impurezas , se sumergen en una solución de hipoclorito de sodio al 1% durante 10 minutos y de nuevo se lavaron en agua corriente durante 3 veces . La muestra fue molida , liofilizado homogeneizada . Las porciones de 100 gramos se almacenaron en viales cubiertos externamente con papel de aluminio para evitar el contacto con la luz , a temperatura ambiente hasta la extracción de carotenoides .

También se realizaron análisis físico-químico de zanahorias frescas y liofilizadas .

Los análisis físico - químicos se realizaron como se describe a continuación :

• Humedad: método gravimétrico la Asociación de Químicos Agrícolas ( Asociación de Químicos Agrícolas Oficiales - AOAC , 1990 ) , secado a 60 ° C , hasta peso constante.

• Extracto etéreo : Tipo de análisis Soxhlet (AOAC, 1990 ), extracción con éter etílico.

• cenizas: método gravimétrico (AOAC, 1990 ) .

• Proteína total ( AOAC , 1990 ) , el contenido de N obtenido se convierte en proteína total de multiplicar por el factor de conversión de 6,25 .

• La fibra cruda : método gravimétrico ( Kamer y Ginkel , 1952).

• Carbohidratos totales : AOAC (1990) .

• Calorías : Atwater , Osborne y Voogt ( 1978 ) .

• total, el reductor y no reductor de azúcar : Somogy, adaptado por Nelson ( 1994 ) .

El método utilizado fue Rodríguez-Amaya et al . ( 1976 ) . Todo el procedimiento se llevó a cabo en un ambiente con poca luz porque los carotenoides pueden degradar en presencia de la luz y el calor, y para protegerlos de los contenedores estaban cubiertas con papel de aluminio . El extracto de acetona se enfrió a evitar problemas de fugas y explosión en la licuadora.

Cinco gramos de zanahorias liofilizados fueron liquidificadas con 30 ml de acetona enfriada a trituradas , añadido 1 a 2 cucharadas de hiflosupercel para ayudar en la etapa de filtración . Se filtró en un embudo Buchner , repitiendo las operaciones de trituración y filtración hasta la desaparición completa del color .

El colorante extraído se transfirió a un embudo de decantación con 100 ml de éter de petróleo . Los pigmentos se añadieron en pequeñas porciones al embudo , lavado con un poco de agua destilada para eliminar la acetona , a través de la separación en dos fases , la superior de éter de petróleo con el carotenoide y un agua más baja frente a la acetona . Descartó la capa inferior y el lavado continuó hasta terminar de planchar toda la solución de carotenoides . Cuando todos los pigmentos estaba contenido en la solución de éter se lavó 4 veces con agua destilada de manera que se eliminó toda la acetona . Collected la solución de los carotenoides en un frasco con tapa.

Se añadió a una solución de 10 ml de 10 % de KOH en metanol en un volumen igual a la solución obtenida en carotenoides , saponificar y se dejó durante 12 horas en la oscuridad a temperatura ambiente .

La solución se lavó con pigmento de agua destilada para eliminar el álcali , usando un embudo de separación y el mismo elemento de procedimiento de lavado A.

La solución se recogió carotenoides (capa superior ) y una erlemeyer añadió una pequeña cantidad de sulfato de sodio anhidro para eliminar el agua restante , dejando la solución en el refrigerador durante 3 horas .

La solución de los carotenoides se concentró en un evaporador rotatorio al vacío, 10 ml aprox .

Una columna de vidrio lleno de MgO : hiflosupercel ( 01:02 ) se montó . Se colocó en una pequeña cantidad de sulfato de sodio anhidro en la parte superior . Se añadió éter de petróleo para humedecer la columna. Ella siempre se mantiene húmeda con disolvente, para evitar grietas , lo que compromete la separación cromatográfica .

La muestra se eluyó con 50 ml de un tiempo siguientes disolventes : 2 % de éter de etilo , éter etílico , 4 % , 8 % de éter etílico, acetona , 2 % , 4 % de acetona , acetona y acetona 8 % 10 % éter en todos los dissovidos aceite . Las fracciones de cada solvente se recogen separadamente en erlenmeyer con tapa.

El volumen final de cada fracción se completó carotenoide a 25 ml en un matraz aforado con éter de petróleo . Cada fracción se lee en un espectrofotómetro de doble haz con la grabación. Es característico de los carotenoides presentes en los tres su espectro de absorción de la parte superior en la región visible ( 350 nm a 550 nm ) .

Para la identificación , se compararon el espectro de tres picos con valores tabulados previamente por Davies ( 1976 ) , utilizando éter de petróleo como disolvente . Para la cuantificación de la absorbancia se midió desde el pico más alto (en el medio ) y se aplicó a la ley de Beer , usando la siguiente fórmula :

Dónde :

E1 % 1cm = absortividad , tabulados para cada carotenoide ( Davies , 1976 ) .

El experimento se llevó a cabo utilizando el equipo SFT - 150 Sistema de SFE , empresa supercrítico Fluid Technologies , Inc. zanahoria liofilizado ( 5 gramos) se mezcló con perlas de vidrio con un diámetro medio de 2 mm . Este material ( zanahoria + cuentas de vidrio liofilizados ) estaba lleno tirador en forma manual con la ayuda de una varilla de vidrio , dentro de bolsas de tela (composición : 90 % nylon + 10 % spandex ) . Se utilizó perlas de vidrio con el fin de completar el volumen de la campana extractora, la fijación de la masa de materia prima utilizada en la extracción ( 5 gramos de zanahoria liofilizado ) . Después de empacar la columna , un presurizar el sistema con CO2 se realizó sólo para la evacuación del aire de la columna de extracción . Entonces , el extractor inyectado ( CO2 + cosolvente etanol ) en la columna , las condiciones de funcionamiento ( 400bar y 40 ° C) . Se utilizó un período de estática de 30 minutos . El tiempo requerido para alcanzar el equilibrio práctico se determinó mediante ensayos preliminares , el período de extracción dinámica fue de 3 horas .

En los experimentos con mezclas de CO2 + cosolvente etanol , el codisolvente masa inyecta en la columna durante el período de estática se calculó considerando la operación de mezcla molar ( 10 % codisolvente ) ( Sandler , 1987 ) fracción . Alcanzado el período estático ( 30 minutos) , se abrió la válvula situada después de la columna y comenzó la extracción .

El volumen final de cada fracción en 10 ml de carotenoides se midió con éter de petróleo . Las fracciones se leyeron en un espectrofotómetro de doble haz con la grabación. Para la identificación , se comparó el espectro de tres picos con valores tabulados anteriormente en Davies ( 1976 ) , utilizando éter de petróleo como blanco. Para cuantificar , medir el pico de absorbancia más alta ( media) y la aplicación de la Ley de Beer , usando la siguiente fórmula : ( Cecchi , 2003 ) .

Dónde :

E1 % 1cm = absortividad , tabulados para cada carotenoide ( Davies , 1976 ) .

Los valores promedio de la composición química de las variedades de zanahorias Nantes se muestran en la Tabla 1, que también se publican los datos de las variedades de Brasilia ( Almeida - Muradian et al. , 1997 ) , Beta 3 ( Almeida - Muradian et al. , 1997 ) y bebé ( USDA, 2001 ) .

Se observa que el contenido de humedad que se encuentra en las variedades Nantes fueron similares a los tipos de Brasilia , Beta 3 y bebés . Los valores de cenizas e hidratos de carbono son similares a la variedad Beta 3 presentado por la Universidad de São Paulo - USP (2005) y del bebé . El contenido de extracto de éter se encuentra en la variedad de Nantes era cerca beta 3 , mientras

que otros muestran valores muy diferentes unos de otros . Los Nantes proteínas y fibra cultivares mostraron una diferencia de aproximadamente un cincuenta por ciento de los cultivares y Brasilia Beta 3 , en comparación con el cultivar de bebé el valor de la proteína apareció al lado y la cantidad de fibra no mostró una alta diferencia con misma gama.

Los cultivares de Nantes tenido un valor calórico cerca de Brasilia y cultivares de Beta 3 , incluso con menor contenido de grasa que los otros cultivares , pero tenía un mayor porcentaje de hidratos de carbono en relación con los otros dos cultivares .

La leguminosa de ser mencionado como una buena fuente de fibra tiene que presentar niveles de alrededor de 1,5 % o más , de acuerdo con los datos presentados en las tablas ( Almeida - Muradian et al . , 1997 ) . Una vez que la zanahoria se indica como fuente rica en fibra, baja en calorías , la variedad Nantes no es la más adecuada como fuente de fibra, valor presente ( 1,3 ) por debajo recomendado.

Sepan que la composición química puede estar influenciada por muchos factores, como el tipo de suelo , el clima, la fertilización , el estado fisiológico , etc . Esto puede explicar las diferencias en los resultados citados y segundo Ketiku y Oyenuga (1973) y Brillouet et al. ( 1981 ) la etapa de maduración de los productos hortícolas es también uno de los factores que influyen decisivamente en las características de estos productos .

La Tabla 2 muestra los niveles de β -caroteno de zanahoria Nantes , extraído por fluido supercrítico (LCR ) y el método convencional ( C ) , expresadas como mg de β - caroteno por 100 g de zanahorias, 10 repeticiones .

Parece que el contenido de β - carotenoides extraídos por el método de convecional fue superior a la extraída por el FSC , aunque no había diferencia significativa en 5 % de probabilidad entre los dos métodos estudiados de 5 % . En un estudio realizado por Heinonea ( 1990 ) se encontró que el contenido de carotenoide en las zanahorias variar en verano 2.600-5500 μg/100g . En 69 muestras de zanahorias obtenidos en supermercados y puestos callejeros , Bushway et al. ( 1986 ) encontraron niveles de β -caroteno entre 3606 y 4003 μg/100g , muy por encima de los valores encontrados en este experimento.

La concentración de β -caroteno en la base sólida insoluble de fresco , deshidratado y secado por congelación de 1725, 1494 y 2383 μg/100g zanahoria, respectivamente, durante el 1736 el blanqueo μg/100g muestra fresca y muestra μg/100g blanqueada 1458.

La concentración de β - caroteno de Nantes cultivares de zanahoria en húmedo , en seco y una base sólida insoluble expresados en mg / g, respectivamente, son 40 , 507, 1605.

Y McFeeters Chichester ( 1971 ) informó de que durante el proceso de liofilización y el complejo ultraestructura se puede romper mediante la exposición de los carotenoides a los efectos adversos y, en consecuencia , la reducción de contenido de carotenoides en el proceso de extracción , que emplea la liofilización . Esto justifica el carotenoide a estar por debajo de los reportados en la literatura. Park ( 1987 ) , en un estudio que el contenido de caroteno en comparación de zanahorias frescas con zanahoria deshidratada en un horno de vacío , horno de microondas y liofilizado encontrado valores en torno a un 50% más bajas para las muestras liofilizadas y deshidratadas en microondas. El autor concluyó que la deshidratación , independientemente del método reduce significativamente los carotenos . La comparación se hizo sobre una base seca , y la ausencia de tratamiento de blanqueamiento , antes de realizar la deshidratación.

Las zanahorias crudas presentaron contenidos μg/100g 3.401 y 4.584 para las muestras de CEAGSP e IAC , respectivamente. A medida que las condiciones bajo las cuales se desarrolló este experimento, se puede concluir que:

La extracción de los carotenoides en la zanahoria por fluido supercrítico es una técnica viable para la industria alimentaria y farmacéutica separación , ya que este fluido es inerte , no deja residuos y no genera los residuos ambiental final . Los niveles encontrados , también se deduce que : las zanahorias son buenas fuentes de fibra , tienen un alto contenido de humedad y baja en grasas , cenizas y poder calorífico .

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(Recibido el 22 de abril de 2008 y aprobado el 2 de septiembre del 2009)