Aplicação das tecnologias supercrítica e convencionais para o reaproveitamento dos resíduos do processamento de maracujá (Passiflora edulis f. flavicarpa)

Abstract

O Brasil é o maior produtor e consumidor mundial de maracujá amarelo (Passiflora edulis f. flavicarpa) fresco e processado. Uma grande quantidade de sementes de maracujá ainda é subutilizada pelas indústrias de suco. Uma parte desse subproduto tem sido utilizada para produzir óleo devido ao seu alto teor de ácidos graxos insaturados. O novo resíduo gerado após a produção de óleo por prensagem a frio, a torta de semente, pode ainda ser uma fonte potencial de compostos bioativos (e.g., antioxidantes e antimicrobianos), porém a exposição à luz, ao oxigênio e ao calor pode causar sua degradação. A coprecipitação com polímeros biocompatíveis e biodegradáveis, como por exemplo o poli (D,L-lactídeo-co-glicolídeo) (PLGA), pode ser usada para preservar compostos importantes. Este estudo pode ser dividido em duas partes principais. Na primeira, diferentes métodos de extração foram aplicadas às sementes e à torta de sementes de maracujá avaliando seu desempenho em termos de rendimento global de processo, teor de compostos fenólicos total (método de Folin-Ciocalteau), atividade antioxidante (metodologias DPPH, ABTS e ß-caroteno/ácido linoleico) e concentrações mínimas inibitória e bactericida dos extratos (CMI e CMB, respectivamente) contra Escherichia coli e Listeria innocua. Os métodos de extração utilizados foram: extração supercrítica (ESC) com CO2 puro (SC-CO2) a 40 °C e 50 °C, pressões até 300 bar e 8 g CO2/min; ESC com adição de 5 % de etanol (EtOH) ao CO2 a 40 °C, 250 e 300 bar; e técnicas à baixa pressão ? maceração (MAC) e extração assistida por ultrassom (UE) ? com diferentes solventes orgânicos. Com base nos resultados de rendimento e de atividades biológicas, dois extratos (SC-CO2/ 150 bar/40 °C de semente e MAC/EtOH-H2O de torta) foram selecionados para a continuidade deste trabalho. Com intuito de proteger esses extratos de resíduos de maracujá (semente e torta) selecionados e preservar sua bioatividade, a segunda etapa visou a síntese de partículas de PLGA com os extratos por duas técnicas diferentes: emulsificação/evaporação do solvente (ESE, do inglês emulsion/solvent evaporation) e com antissolvente supercrítico (SAS, do inglês Supercritical AntiSolvent). Para os ensaios de SAS foram utilizados o extrato SC-CO2/ 150 bar/40 °C de semente e o polímero PLGA 50:50 (razão lactídeo:glicolídeo). Seis condições operacionais foram selecionadas para a realização desses experimentos com base no estudo do comportamento de equilíbrio de fases dos sistemas contendo aqueles componentes com diclorometano como solvente e CO2 como antissolvente. Nos experimentos de formação de partícula por ESE,foram utilizados os dois extratos selecionados na primeira parte assim como duas composições diferentes de PLGA, com razão lactídeo:glicolídeo de 50:50 e de 65:35. Todas as amostras de partículas (SAS e ESE) foram analisadas em termos de tamanho por difusão dinâmica da luz (DLS), morfologia por microscopia eletrônica de transmissão (MET) ou microscopia eletrônica de varredura (MEV), perfil térmico por calorimetria diferencial de varredura (DSC) e ação antimicrobiana (CMI e CMB). Além disso, a eficiência de encapsulamento e o comportamento de liberação in vitro foram determinados espectrofotometricamente correlacionando as absorbâncias das partículas a 294 nm às curvas analíticas de concentrações dos extratos. Essas análises indicaram a ocorrência efetiva de encapsulamento, liberação controlada e formato esférico na maior parte das amostras de partículas obtidas tanto por ESE quanto por SAS. Os tamanhos de partículas variaram entre 355 e 1498 nm, e a eficiência de encapsulamento entre 23,8 e 91 % para todos os ensaios. Por uma combinação entre os resultados de tamanho e morfologia de partículas e eficiência de processo, a temperatura de 35 °C parece ser mais indicada que 45 °C para a precipitação de extrato supercrítico de semente de maracujá com PLGA 50:50 por SAS. Enquanto os resultados da técnica ESE parecem indicar o PLGA 65:35 como mais adequado para a formação de partículas de extrato de semente de maracujá. Para o extrato de torta obtido por MAC/EtOH-H2O a eficiência de encapsulamento foi bastante inferior ao do extrato supercrítico de semente, provavelmente por ser menos hidrofóbico e interagir menos com o PLGA. A inibição do crescimento dos microorganismos testados foi notadamente ampliada para ambos os extratos pelo encapsulamento por ESE comos dois tipos de PLGA (50:50 e 65:35), enquanto as amostras precipitadas por SAS não apresentaram atividade antimicrobiana nas concentrações testadas, provavelmente devido à baixa solubilidade em meio aquoso.<br>

Abstract : Brazil is the world´s largest producer and consumer of fresh and processed yellow passion fruit (Passiflora edulis f. flavicarpa). Large amounts of passion fruit seeds are still underutilized by juice industries. Part of it has been used to produce seed oil due to its high content of unsaturated fatty acids. The seed cake is the residue derived from the cold press of the seeds from oil production can still be a potential source of bioactive compounds such as antioxidants and antimicrobials. But exposure to oxygen, heat and light can cause loss or reduction of extracts bioactivities. Co-precipitation with biocompatible and biodegradable polymers, such as poly (DL-lactide-co-glycolide) (PLGA), may be used to preserve important compounds. This study can be divided in two main parts. The first one applied different extraction techniques on passion fruit seeds and seed cake to evaluate their performances in terms of process global yield, total phenolic content (TPC) (Folin-Ciocalteau method), antioxidant activity (DPPH, ABTS, and ß-carotene/linoleic acid bleaching methods) and minimum inhibitory and bactericidal concentrations of extracts (MIC and MBC, respectively) against Escherichia coli and Listeria innocua. the extraction methods used were: supercritical fluid extraction (SFE) with pure CO2 (SC-CO2), conducted at 40 °C and 50 °C with pressures up to 300 bar and 0.5 kgCO2/h; SFE with CO2 added with 5 % ethanol (EtOH) at 40 °C, 250 and 300 bar and low pressure techniques (LPE) - cold maceration (MAC) and ultrasonic assisted extraction (UE) - using different organic solvents. Based on process global yield and extracts biological activities results combined, two extracts were selected to continue this study: the seed SC-CO2/150 bar/40 °C and the cake MAC/EtOH-H2O. The second part focused on the synthesis of PLGA particles of passion fruit by-products (seed and cake) extracts using two different thecniques: the emulsion/solvent evaporation method (ESE) and the Supercritical AntiSolvent process (SAS). The SAS assays were performed with the seed SC-CO2/150 bar/40 °C and the PLGA with a lactide to glycolide ratio of 50:50. Six conditions were selected to proceed these assays based on the phase equilibria behavior study of the systems containing those components with dichlorometane as solvent and CO2 as antisolvent. On the ESE assays, the two extracts selected were used as well as two different lactide to glycolide (50:50 and 65:35) ratios on PLGA composition. All particles samples (SAS and ESE) were analyzed in terms of mean size using dinamic light scattering (DLS), morphology by scanning electronic microscope (SEM) or transmissionelectron microscopy (TEM), thermal profile by differential scanning calorimetry (DSC) and antimicrobial efficiency (MIC and MBC). Also, their entrapment efficiency (EE) and release behavior were determined spectrophotometrically correlating the particles solutions absorbances at 294 nm to an analytical curve of the extract concentrations.These analysis indicated the effective occurence of encapsulation, controlled release and spherical shape in most of the particles samples obtained by ESE and SAS. The particles size ranged from 355 to 1498 nm and the EE from 23.8 to 91 %. Combining the size, morphology and entrapment efficiency results, the temperature of 35 °C seems to be more suitable than 45 °C to the precipitation of the supercritical passion fruit seed extract with PLGA 50:50 by SAS. While the ESE results suggest the PLGA 65:35 as more suitable to the encapsulation of the passion fruit seed extract. For the MAC/EtOH-H2O seed cake extract, the EE was much lower than the supercritical passion fruit seed extract, probably because it is less hydrophobic what reduces the interaction with PLGA. The ESE encapsulation with both PLGA enhanced the antimicrobial activity of both extracts, while the SAS particles did not inhibit the microorganism growth on the tested concentrations, what can be related to its low solubility in aqueous solutions.