Uso de tecnologias limpas para a obtenção de biosurfactantes e carboidratos prebióticos a partir do Ginseng brasileiro (Pfaffia glomerata)

Orientadores: Maria Angela de Almeida Meireles Petenate, Diego Tresinari dos Santos Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: O ginseng brasileiro (Pfaffia glomerata) é uma planta nativa do Brasil que apresenta uma rica composição de compostos bioativos, incluindo a beta-ecdisona que apresenta propriedades estimulantes, as saponinas com atividade surfactante e açúcares prebióticos que possuem atividade prebiótica. Diante destes aspectos, diferentes processos de extração foram estudados a fim de maximizar a recuperação dos compostos bioativos de interesse, bem como separá-los em diferentes frações, utilizando apenas solventes não tóxicos. Inicialmente, realizou-se um estudo técnico e econômico da extração de beta-ecdisona e açúcares prebióticos das raízes e partes aéreas do ginseng brasileiro empregando extração com água subcrítica. Os resultados demonstraram que é possível obter extratos das raízes com concentração de beta-ecdisona de 0,7% (base seca, b.s.), enquanto que os extratos das partes aéreas apresentaram apenas 0,3% (b.s.) de beta-ecdisona. Em relação à extração de açúcares prebióticos, os extratos obtidos das raízes apresentaram um teor de frutooligossacarídeos de até 8,8% (b.s.), o que faz desta matéria-prima uma importante fonte desses compostos. A avaliação econômica do processo de extração com água subcrítica considerou principalmente o teor de beta-ecdisona dos extratos obtidos e demonstrou que o processamento das raízes é técnica e economicamente mais favorável do que o processamento das partes aéreas. Considerando os resultados obtidos neste estudo e dados da literatura sobre extração de compostos bioativos do ginseng brasileiro, um processo de extração intensificado realizado em duas etapas foi proposto com o intuito de aumentar a recuperação de beta-ecdisona, saponinas e açúcares prebióticos das raízes de ginseng brasileiro. Realizou-se a primeira etapa com etanol e a segunda com água, ambas a 333 K e avaliou-se o efeito da pressão neste processo. Observou-se que para a obtenção de compostos bioativos das raízes de ginseng brasileiro, processos realizados a pressão ambiente apresentam maior recuperação dos compostos do que quando realizados a alta pressão. Nesse processo obteve-se um extrato etanólico com 5,6% (b.s.) de beta-ecdisona e 47% (b.s.) de saponinas com concentração micelar crítica (CMC) = 6 mg?mL-1. O extrato etanólico não apresentou açúcares prebióticos. Já extrato aquoso apresentou um teor de frutooligossacarídeos de 9% (b.s.), além de 0,5% (b.s.) de beta-ecdisona e 24% (b.s.) de saponinas com CMC = 18 mg?mL-1. Desta forma, o processo de extração intensificado permitiu a extração e fracionamento dos compostos bioativos das raízes de ginseng brasileiro, uma vez que foi possível obter um extrato etanólico rico em beta-ecdisona e saponinas e um extrato aquoso rico em açúcares prebióticos. A partir destes resultados, um estudo econômico foi realizado a fim de comparar diferentes cenários de produção para avaliar a viabilidade econômica do processo de extração intensificado. Esse estudo confirmou o processo intensificado como sendo a rota de produção de extratos das raízes de ginseng brasileiro economicamente mais viável. Ao final do desenvolvimento deste trabalho demonstrou-se que é possível substituir processos de extração convencionais por processos inovadores que não utilizam solventes tóxicos, minimizam a geração de resíduos através do melhor aproveitamento das matérias-primas e são mais eficientes do ponto de vista energético além de serem altamente promissores do ponto de vista econômico Abstract: Brazilian ginseng (Pfaffia glomerata) is a native plant from Brazil that contains a rich composition of bioactive compounds, including beta-ecdysone with stimulating effects, saponins with surfactant activity and prebiotic sugars with prebiotic effects. In this context, different extraction process were studied to maximize the bioactive compounds recovery, as well as to fractionate them, using only non-toxic solvents. Firstly, a techno-economic evaluation of the extraction of beta-ecdysone from roots and aerial parts of Brazilian ginseng using subcritical water was performed. The results showed that is possible to obtain extracts from Brazilian ginseng roots with 0.7% (dry basis, d.b.) of beta-ecdysone, while the Brazilian ginseng aerial parts extracts yielded 0.3% (d.b.) of beta-ecdysone. In terms of prebiotic sugars, the extracts from Brazilian ginseng roots showed a fructooligosaccharides content of 8.8% (d.b.), which makes this raw material an important source of such compounds. Since to date the beta-ecdysone is the main compound with commercial value obtained from Brazilian ginseng, the economic evaluation of the subcritical water extraction process accounted only the beta-ecdysone content in the extracts. The economic evaluation showed that the manufacturing of roots was a great opportunity of business, while the manufacturing of the aerial parts should not be undertaken. Considering the results obtained in this study and data from literature about extraction of bioactive compounds from Brazilian ginseng, an intensified process was proposed to increase the beta-ecdysone, saponins and prebiotic sugars recovery from Brazilian ginseng roots. The intensified process was performed in two steps: the first step used ethanol as solvent and the second one used water as solvent, both at 333 K. The effect of pressure on this process was evaluated. It was observed that to obtain bioactive compounds from Brazilian ginseng roots, the use of ambient pressure yielded greater results than those obtained at high pressure. In this process, an ethanolic extract containing 5.6% (d.b.) of beta-ecdysone, 47% (d.b.) of saponins with critical micellar concentration (CMC) = 6 mg?mL-1 was obtained. No prebiotic sugar was detected in the ethanolic extract, otherwise, the aqueous extract showed a fructooligosaccharides content of 9% (d.b.) besides 0.5% (d.b.) of beta-ecdysone and 24% (d.b.) of saponins with CMC = 18 mg?mL-1. In this way, the intensified process allowed the extraction and fractionating of the bioactive compounds from Brazilian ginseng roots, since it was possible to obtain an ethanolic extract rich in beta-ecdysone and saponins and an aqueous extract rich in prebiotic sugars. Based on the experimental results, an economic study was developed aiming to compare different production scenarios to evaluate the economic viability of the intensified process. The study confirmed that the intensified process is the best way to produce Brazilian ginseng extracts. At the end of the development of this work, it was showed that it is possible replace conventional extraction processes by innovative processes, which use non-toxic solvents, reduces the residues generation and are more efficient from the energetic point of view. Furthermore, the proposed processes showed high economic feasibility Doutorado Engenharia de Alimentos Doutora em Engenharia de Alimentos FAPESP 2013/17260-5 CNPQ CAPES