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Type: TESE
Title: Extração de alcaloides de produtos naturais com fluidos supercriticos
Author: Aranda Saldaña, Marleny Doris
Advisor: Mohamed, Rahoma Sadeg, 1951-
Abstract: Resumo: Alcalóides são compostos orgânicos encontrados em produtos naturais que podem produzir efeitos fisiológicos no organismo humano. Dependendo da dose utilizada, tais efeitos podem ser tóxicos ou terapêuticos. Cafeína, teofilina, teobromina, pilocarpina, entre outros, são alcalóides utilizados em medicamentos e processos para extraí-Ios de produtos naturais são de grande interesse para as indústrias alimentícia, farmacêutica e cosmética. O objetivo geral desta Tese de Doutorado foi obter dados experimentais com o intuito de gerar subsídios que contribuam na compreensão adequada do processo de extração de alcalóides de produtos naturais com fluidos supercríticos. Os a1calóides considerados neste estudo incluem a cafeína encontrada em folhas de chá mate ]lex paraguariensis e nas sementes de guaraná Paullinia cupuana, a teofilina presente nas folhas de chá mate, a teobromina encontrada nas amêndoas de cacau Theobroma cacao e a pilocarpina presente nas folhas de jaborandi Microphyllus jaborandi. Foi estudada também a extração de gordura de cacau com fluidos supercríticos a partir das amêndoas de cacau moídas. Visando fornecer subsídios para o entendimento do comportamento nas matrizes complexas de plantas naturais e identificar as variáveis termo dinâmicas que influenciam e controlam a solubilidade, foram estudados os sistemas binários de cafeínalC02SC, teofilina/C02SC e teobrominalC02SC. Os dados experimentais foram obtidos em diversos aparelhos de extração a alta pressão no Laboratório de Engenharia de Processos da Faculdade de Engenharia Química (Unicamp, Brasil), na Planta Piloto de Extração Supercrítica da Faculdade de Processos Térmicos (TUHH, Alemanha), e no Laboratório de Termodinâmica Aplicada (TU-Delft, Holanda). O teor de alcalóides nas amostras iniciais e finais assim como nos extratos obtidos foram analisados por cromatografia líquida de alta eficiência. Foram usadas ainda técnicas de caracterização e análise, como a cromatografia de camada delgada, a cromatografia gasosa e a calorimetria diferencial de varredura. Os dados experimentais dos sistemas binários, cafeínalC02SC, teobrominalC02SC e teofilina/C02SC, mostram que as solubilidades da cafeína no CO2 supercrítico são maiores que as da teofilina e são aproximadamente duas ordens de magnitude maiores que as da teobromina. Foi possível a extração de metilxantinas de produtos naturais usando CO2 supercrítico. Porém, as solubilidades em sistemas binários de CO2/metilxantinas foram maiores que as solubilidades encontradas durante a extração de metilxantinas dos produtos naturais devido à presença de outros componentes e formação de complexos com o alcalóide. Influências significativas de pressão e temperatura na extração de metilxantinas dos produtos naturais foram observadas, enquanto que a variação da vazão mostrou pouco ou nenhum efeito no processo de extração na faixa estudada. As curvas de extração mostraram a existência de três regiões distintas: a primeira, dependente da solubilidade termo dinâmica, a segunda intermediária e a terceira controlada pela difusão. Foi possível também ftacionar a manteiga de cacau usando CO2 e etano supercrítico, mostrando-se este último solvente mais eficiente. Esta diferença na extração usando dióxido de carbono e etano supercrítico pode ser atribuído às forças intermoleculares. Em escala industrial, no entanto, a escolha do solvente deve levar em consideração o elevado preço do etano em relação ao CO2. Ao extrair as metilxantinas e a manteiga de cacau das amêndoas de cacau moídas, períodos de extração relativamente curtos foram observados para a remoção da manteiga de cacau quando comparados com a extração de cafeína e teobromina. Usa-se a técnica de anti-solventes com fluidos supercríticos para a extração da pilocarpina hidroclorada, sendo necessário o estudo do sistema quaternário: pilocarpina hidroclorada/álcool/água e CO2 como anti-solvente, que apresentou bons resultados na cristalização da pilocarpina. Para determinar a solubilidade do alcalóide no CO2SC foram também usadas equações de estado e correlações baseadas na densidade. Este trabalho contribuiu tanto na extração de produtos de interesse comercial, como por exemplo, os alcalóides quanto para o fornecimento de dados experimentais para um mellior controle do processo para extração destes princípios ativos de plantas naturais

Abstract: Alkaloids, organic compounds found in natural products, can produce physiological effects in the organism. These effects can be toxic or therapeutic depending on the quantity used. Caffeine, theophylline, theobromine, pilocarpine among others are used in pharmaceutical products. Processes for the extraction of alkaloids ITom natural plants are of great importance in the food, pharmaceutical and cosmetic industries. The objective of this thesis was to obtain experimental data on the extraction of alkaloids ITom natural products with supercritical fluids. The alkaloids considered in this study were: caffeine as found in leaves of chá mate Ilex paraguariensis and guaraná seeds Paullinia cupuana, theophylline as found in leaves of chá mate, theobromine as found in cocoa beans Theobroma cacao and pilocarpine as found in the leaves of jaborandi Microphyllus jaborandi. Cocoa butter was also extracted ITom cocoa beans with supercritical fluids. Binary systems of caffeine/Supercritical CO2, theophylline/Supercritical CO2 and theobromine/Supercritical CO2 were also studied to provide information that could be of help when examining extraction behavior in complex matrixes of natural plants and on the c1ear identification of the effects of some thermodynamic variables on the solubility of the methylxanthines in the supercritical solvent. Experimental data were obtained in three different high pressure apparatus, one is the Process Engineering Laboratory of the School of chemical engineering (Unicamp, Brazil), another is the pilot plant of supercritical extraction of the Faculty of Thermal Processes at the Technical University of Hamburgh-Hraburg (TUHH, Germany), and the third is an equilibrium data apparatus in the Laboratory of Applied Thermodynamics (TU-Delft, Holland). The quantities of alkaloids in the initial and final samples and in the extracts obtained were analyzed by high performance liquid chromatography. Techniques for characterization and analysis such as thin chromatography, gas chromatography and differential scanned calorimeter were also used to characterize extraction sample and products. Experimental data of binary systems, caffeine/SCCO2, theobromine/Supercritical CO2 and theophylline/Supercritical CO2, showed that the solubilities of caffeine in supercritical CO2 were higher than those obtained with theophylline and are two orders of magnitude higher than those of theobromine. Solubilities in these binary systems ofCO2/methylxanthine were higher than those found from the extraction of methylxanthines from natural products due to the presence of other compounds and formation of complexes of the alkaloid in plant matrix. Effects of pressure and temperature on the extraction of methylxanthines from natural products were significant, while the variation of the flow rate showed little or no effect on the extraction process within the range of conditions tested. The extraction curves showed the existence of three different regions: a thermodynamic solubility dependent, an intermediate and a diffusion-controlled. The fractionation of cocoa butter using supercritical CO2 and ethane showed that ethane is more efficient. This difference in the extraction process can be attributed to intermolecular forces. In the extractions of methylxanthines and cocoa butter from ground cocoa beans, short extraction times were necessary for the removal of cocoa butter when compared with caffeine and theobromine extraction. The use of the anti-solvent technique with supercritical fluids for the extraction of pilocarpine hydrochloride required the study of the quatemary system formed by pilocarpine hydrochloride/alcohol/water and CO2 as anti-solvent, which presented good results in the separation of pilocarpine crysta1s. For alkaloid solubility in Supercritical CO2, both equation of states and density relations can be used to successfully correlate the data. This work has contributed to provide data that would enhance a better understanding of the extraction process of alkaloids and in general all active principles from natural plants
Subject: Alcaloides
Extração com fluido supercrítico
Produtos naturais
Cacau
Guarana
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2002
Appears in Collections:FEQ - Dissertação e Tese

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