Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/28707
ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-3539-747X
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Extração e purificação de compostos bioativos de cubiu ("Solanum sessiliflorum'), camu-camu ("Myciaria dubia") e araçá-roxo ("Psidium myrtoides") utilizando filtração por membranas com e sem promotores de turbulência
Alternate title (s): Extraction and purification of bioactive compounds from cubiu ("Solanum sessiliflorum"), camu-camu ("Myciaria dubia") and araçá-roxo ("Psidium myrtoides") using membrane filtration with and without turbulence promoters
Author: Ferreira, Franz Berbert
First Advisor: Reis, Miria Hespanhol Miranda
First coorientator: Cardoso, Vicelma Luiz
First member of the Committee: Vieira, Luiz Gustavo Martins
Second member of the Committee: Zotarelli, Marta Fernanda
Third member of the Committee: Lima, Euclides Antônio Pereira de
Fourth member of the Committee: Vieira, Rafael Bruno
Summary: O Brasil é o terceiro país em produção de frutas frescas no mundo; entretanto, o mercado de frutas exóticas, pouco conhecidas pelos consumidores, gera produtos mais rentáveis e atuam no crescimento e diversificação econômica trazendo alternativas para atender a necessidade de produtos mais saudáveis. O cubiu (Solanum sessiliflorum), o camu-camu (Myciaria dubia) e o araçá-roxo (Psidium myrtoides), com suas variações de espécies, são bons exemplos de frutas exóticas. O araçá-roxo e o camu-camu, assim como a uvaia (Eugenia uvalha) e a jaboticaba (Plinia cauliflora), pertencem à família “Mirtaceae”, que é conhecida por sua quantidade significativa de compostos bioativos. Já o cubiu pertence a familia “Solanaceae” que inclui espécies com grande valor econômico, como a batata (Solanum tuberosum), o tomate (Solanum lycopersicum) e o tabaco (Nicotiana tabacum). Muitas técnicas têm sido exploradas para a extração de bioativos e a extração exclusivamente aquosa uma alternativa viável para a eliminação de solventes orgânicos durante o processamento. Após a etapa de extração dos bioativos é necessário realizar a fase de polimento do extrato, garantindo a manutenção dos compostos de interesse, maior tempo de prateleira e facilidade no transporte. A melhoria das características do extrato aquoso pode ser realizada pelo Processo de Separação por Membranas (PSM). Assim, neste trabalho, foi realizada uma avaliação da extração dos compostos bioativos presentes nos frutos de cubiu, camu-camu e araçá-roxo e, em sequência, foi utilizado o PSM para melhorar as características do extrato aquoso do araçá-roxo. Dos frutos avaliados, o que possui maior Teor de Compostos Fenólicos (TCF) foi o camu-camu com um valor de 732 mg EAG/100 g ff (mili gramas de Equivalente em Ácido Gálico em 100 gramas de fruto fresco) que é bem superior ao encontrado no cubiu 132 mg EAG/100 g ff e 12% maior ao encontrado no araçá-roxo 548 mg EAG/100 g ff. Avaliando as curvas de cinética da extração aquosa do araçá-roxo, observou-se um incremento médio de 25% nos compostos bioativos avaliados com a utilização da extração a 80oC por 45 min, quando comparado ao extrato inicial, atingindo os valores máximos de 291,7 mg Rutina/100 g f.f., 44,37% e 21,1 mg Sulfato ferroso/g f.f nos flavonóides, capacidade antioxidante (% DPPH) e atividade antioxidante (FRAP), respectivamente. Análises cromatográficas do extrato aquoso de araçá-roxo indicam um teor significativo de ácido gálico (132,01 µg/g ff ), epicatequina (127,03 µg/g ff ), epigalocatequina (EGC) (60,45 µg/g ff ), kaempferol (27,69 µg/g ff ) catequina (19,16 µg/g ff ) e quercitina (16,13,69 µg/g ff ) nos frutos. Para a redução da turbidez e dos sólidos em suspensão do extrato aquoso de araçá-roxo foi utilizada a etapa de clarificação do extrato onde foram utilizadas membranas de microfiltração comercial de 0,22 µm e 0,05 µm. Os resultados foram ainda comparados com a clarificação utilizando membrana cerâmica do tipo fibra oca produzidas no laboratório de membranas da FEQUI/UFU, onde constatou-se que não ocorreu redução significativa dos bioativos em solução. Já quando se utilizou membrana comercial de 0,05 µm ocorreu uma redução significativa do teor de bioativos no extrato clarificado. A filtração do extrato aquoso do araçá-roxo utilizando uma membrana comercial de 10 kDa e uma pressão de 500 kPa foi realizada com objetivo de concentrar o extrato e o extrato concentrado apresentou valores de 315,87 mg Rutina/100 g f.f.; 590,11 mg EAG/100 g f.f, 36,41% e 28,77 mg Sulfato ferroso/g f.f nos flavonóides, teor de compostos fenólicos, capacidade antioxidante (%DPPH) e atividade antioxidante (FRAP), respectivamente. Com a finalidade de aumentar o fluxo de permeado pela membrana, foram acoplados promotores de turbulência no módulo da célula de permeação, os quais promoveram um aumento de 78,2% no fluxo de permeado no processo de concentração do extrato de araçá-roxo com a membrana de 10 kDa. Para uma melhor avaliação do efeito dos promotores de turbulência no fluxo pela membrana, fez-se uma análise com fluidodinâmica computacional. As imagens geradas na fluidodinâmica computacional foram similares ao tipo de incrustação ocorrido durante a filtração do extrato de araçá-roxo. Por fim, tem-se que o processo de filtração por membranas é uma alternativa promissora para melhorar as características do extrato de araçá-roxo.
Abstract: Brazil is the third fresh fruit producing country in the world; However, the exotic fruit market, little known by consumers, generates more profitable products and acts on economic growth and diversification, bringing alternatives to meet the need for healthier products. Cubiu (Solanum sessiliflorum), Camu-camu (Myciaria dubia), and Purple guava (Psidium myrtoides), with their species variations, are good examples of exotic fruits. Purple guava and camu-camu, as well as uvaia (Eugenia uvalha) and jaboticaba (Plinia cauliflora), belong to the family “Mirtaceae”, which is known for its significant amount of bioactive compounds. Already cubiu belongs to the family "Solanaceae" which includes species with great economic value, such as potatoes (Solanum tuberosum), tomatoes (Solanum lycopersicum) and tobacco (Nicotiana tabacum). Many techniques have been explored for bioactive extraction, having advantages and disadvantages, being exclusively aqueous extraction a viable alternative for the elimination of organic solvents during processing. After the bioactive extraction stage it is necessary to carry out the extract polishing phase, ensuring the maintenance of the compounds of interest, longer shelf life and ease of transport. Improvement of aqueous extract characteristics can be accomplished by the Membrane Separation Process (MSP). Thus, in this work, an evaluation of the extraction of bioactive compounds present in the fruits of cubiu, camu-camu and purple guava was performed and, afterwards, the MSP was used to improve the characteristics of the aqueous extract of purple guava. Of the fruits evaluated, the one with the highest Phenolic Compound Content (TCF) was camu-camu with a value of 732 mg EAG / 100 g ff (milli grams of Gallic Acid Equivalent in 100 grams of fresh fruit), which is much higher. that found in cubiu 132 mg EAG / 100 g ff and 12% higher than that found in the purple guava 548 mg EAG / 100 g ff. Evaluating the kinetics curves of the aquatic extraction of purple guava, there was an average increase of 25% in the bioactive compounds evaluated using the extraction at 80oC for 40 min, when compared to the initial extract, reaching the maximum values of 291, 7 mg Rutin / 100 g ff, 44.37% and 21.1 mg Ferrous sulphate / g ff in flavonoids, antioxidant capacity (% DPPH) and antioxidant activity (FRAP), respectively. Chromatographic analyzes of aqueous purple guava extract indicate significant content of gallic acid (132.01 µg / g ff), epicatechin (127.03 µg / g ff), EGC Epigallocatechin (60.45 µg / g ff), kaempferol (27.69 µg / g ff) catechin (19.16 µg / g ff) and quercitin (16.13.69 µg / g ff) in fruits. To improve the characteristics of the aqueous extract of purple guava, the clarification step of the extract was used, using commercial microfiltration membranes of 0.22 µm and 0.05 µm. The results were also compared with the clarification using hollow fiber ceramic membrane produced in the laboratory of membranes of FEQ / UFU, where it was found that there is no significant reduction of bioactive in solution. When using a commercial membrane of 0.05 µm, there was a significant reduction in bioactive content in the clarified extract. Filtration of the aqueous extract of the purple guava using a commercial 10 kDa membrane and a pressure of 500 kPa was performed to concentrate the extract and the concentrated extract had values of 315.87 mg Rutin / 100 g f.f. 590.11 mg EAG / 100 g f.f, 36.41% and 28.77 mg Ferrous sulphate / g f.f in flavonoids, phenolic compound content, antioxidant capacity (% DPPH) and antioxidant activity (FRAP), respectively. In order to increase the permeate flux through the membrane, turbulence promoters were coupled to the permeation cell module, which promoted a 78.2% increase in permeate flux in the process of concentration of the purple guava extract with 10 kDa membrane. For a better evaluation of the effect of turbulence promoters on membrane flow, a computational fluid dynamics analysis was performed. The images generated in the computational fluid dynamics were similar to the type of fouling that occurred during the filtration of the purple guava extract. Finally, the membrane filtration process is a promising alternative to improve the characteristics of purple guava extract.
Keywords: Engenharia Química
Araçá-roxo
Extração aquosa
Processo de separação por membranas
Promotores de turbulência
Purple guava
Aqueous extraction
Membrane separation process
Promoters of turbulence
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: FERREIRA, Franz Berbert. Extração e purificação de compostos bioativos de Cubiu ("Solanum sessiliflorum"), Camu-camu ("Myciaria dubia") e Araçá-roxo ("Psidium myrtoides") utilizando filtração por membranas com e sem promotores de turbulência. 2020. 133 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. Disponível em: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.50
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2020.50
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/28707
Date of defense: 22-Jan-2020
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