A extração assistida por ultrassom (EAU) é uma técnologia de ponta verde (ambientalmente sustentável) que utiliza ondas de ultrassom para eficientizar a extração de valiosos fitoquímicos fenólicos e antocianinas monoméricas de vegetais
Prof. Aécio D’Silva, Ph.D
AquaUniversity
A extração assistida por ultrassom (EAU) pode aumentar o rendimento, a qualidade e a eficiência da extração de compostos fenólicos e antocianinas monoméricas do farelo de arroz preto e roxo, que são fontes ricas em antioxidantes e ingredientes funcionais.
Os fenólicos destacam-se como fitoquímicos cruciais presentes em grãos e mirtilos, desempenhando um papel significativo na determinação das qualidades dos cereais e das frutas, como cor e sabor. Entre os fenólicos dignos de nota, as antocianinas, que são glicosídeos das antocianinas, ganham destaque, principalmente em grãos e frutas vermelhas e escuras.
A cianidina-3-glicosídeo é a principal antocianina presente no arroz preto, com a peonidina-3-glicosídeo representando um componente menor [6]. As antocianinas pertencem à categoria mais ampla de compostos chamados coletivamente de flavonoides, que constituem um subgrupo dentro do grupo maior de compostos conhecidos como polifenólicos.
O farelo de arroz é a camada externa do grão de arroz que é removida durante o processo de moagem. O farelo de arroz é normalmente considerado um subproduto ou resíduo, mas possui alto valor nutricional e funcional, pois contém diversos compostos bioativos, como compostos fenólicos e antocianina monomérica. Os fitoquímicos fenólicos são um grande grupo de moléculas orgânicas que possuem um ou mais grupos hidroxila ligados a um anel aromático. As antocianinas monoméricas são um tipo de composto fenólico responsável pelas cores vermelha, azul e roxa de algumas plantas. Os compostos fenólicos e a antocianina monomérica apresentam muitos benefícios à saúde, como atividades antioxidantes, antiinflamatórias, antidiabéticas, anticancerígenas e antiobesidade. (1)
No entanto, a extração de fitoquímicos fenólicos e antocianinas monoméricas do farelo de arroz é um desafio, pois estão presentes em baixas concentrações, ligados às paredes celulares e sensíveis ao calor e à luz. Portanto, os métodos convencionais de extração, como maceração, Soxhlet ou refluxo, não são muito eficazes, pois requerem grandes quantidades de solventes, longos tempos de extração, altas temperaturas e geram baixos rendimentos e qualidade dos extratos. (2)
A extração assistida por ultrassom (EAU) é uma técnica nova e verde (amiga do meio ambiente) que utiliza ondas de ultrassom para melhorar a extração de compostos bioativos de materiais vegetais. Ondas ultrassônicas são ondas sonoras com frequências acima da faixa auditiva humana, normalmente acima de 20 kHz. As ondas ultrassônicas criam vibrações mecânicas e bolhas de cavitação no solvente, o que pode romper as paredes celulares, aumentar a transferência de massa e melhorar a solubilidade dos compostos bioativos.( 2)
A extração assistida por ultrassom (EAU) pode aumentar o rendimento, a qualidade e a eficiência da extração de fitoquímicos fenólicos e antocianinas monoméricas do farelo de arroz preto e roxo, que são fontes ricas em antioxidantes e ingredientes funcionais.
Como funciona a extração assistida por ultrassônica?
A extração ultrassônica é realizada pela introdução de ondas ultrassônicas de alta potência e baixa frequência em uma pasta contendo material botânico dissolvido em um solvente. Normalmete, solventes polares, como água, etanol ou metanol. Essas potentes ondas ultrassônicas são aplicadas através de um processador ultrassônico tipo sonda imerso na pasta. As ondas ultrassônicas de alta energia atravessam o líquido, criando ciclos alternados de alta e baixa pressão, induzindo cavitação acústica. A cavitação acústica ou ultrassônica gera condições extremas localizadas, incluindo temperaturas, pressões, taxas de aquecimento/resfriamento, diferenciais de pressão e altas forças de cisalhamento no meio. Quando bolhas de cavitação implodem na superfície de sólidos (como partículas, células vegetais, tecidos, etc.), os microjatos resultantes e colisões interarticulares produzem efeitos como descamação da superfície, erosão, quebra de partículas, sonoporação (a perfuração das paredes celulares e membranas celulares) e ruptura celular.
Além disso, a implosão de bolhas de cavitação em meios líquidos dá origem a macroturbulências e micromisturas. A irradiação ultrassônica prova ser um método eficaz para melhorar os processos de transferência de massa, pois a sonicação induz a cavitação e seus mecanismos associados, como micromovimento através de jatos líquidos, compressão e descompressão dentro do material levando à ruptura das paredes celulares, bem como rápida taxas de aquecimento e resfriamento.
Os fatores que afetam a extração assistida por ultrassom (EAU) de fitoquímicos fenólicos e antocianinas monoméricas do farelo de arroz
A extração assistida por ultrassom (EAU) de compostos fenólicos e antocianina monomérica do farelo de arroz é influenciada por vários fatores, como potência do ultrassom, tempo de extração, tipo e concentração de solvente, proporção sólido-líquido e temperatura.
A extração assistida por ultrassom (EAU) de fitoquímicos fenólicos e antocianinas monoméricas do farelo de arroz é um processo complexo que depende de vários fatores, tais como:
- Potência do ultrassom: A potência do ultrassom é a quantidade de energia fornecida pelas ondas de ultrassom ao sistema de extração. A potência do ultrassom pode afetar a intensidade e a frequência das bolhas de cavitação, o que pode aumentar a eficiência e o rendimento da extração. No entanto, uma potência de ultrassom muito elevada também pode causar degradação térmica ou oxidação dos compostos bioativos, o que pode reduzir a qualidade e estabilidade dos extratos. (3)
- Tempo de extração: O tempo de extração é a duração do tratamento de ultrassom. O tempo de extração pode afetar a cinética e o equilíbrio da extração, o que pode determinar o rendimento e a qualidade ideais da extração. No entanto, um tempo de extração muito longo também pode causar evaporação do solvente, geração de calor ou degradação do composto, o que pode reduzir a eficiência e a qualidade da extração. (3)
- Tipo e concentração do solvente:O tipo e a concentração do solvente são as características do meio líquido utilizado para a extração. O tipo e a concentração do solvente podem afetar a solubilidade, polaridade e viscosidade dos compostos bioativos, o que pode influenciar o rendimento e a qualidade da extração. Geralmente, solventes polares, como água, etanol ou metanol, são preferidos para a extração de compostos fenólicos e antocianinas monoméricas, pois podem formar ligações de hidrogênio com os grupos hidroxila dos compostos bioativos. Os solventes polares são caracterizados por momentos dipolares significativos, exibindo separação de cargas e capacidade de solvatar íons e outros materiais polares que são dissolvidos. Esses solventes normalmente envolvem ligações entre átomos com diferenças notáveis ??em eletronegatividades, como a ligação oxigênio-hidrogênio encontrada na água (H2O), tornando-a um clásico exemplo de solvente polar. Contudo, a concentração óptima de solvente pode variar dependendo do tipo e composição do farelo de arroz e dos compostos bioactivos. (4)
- Proporção sólido-líquido: A proporção sólido-líquido é a razão entre a massa do farelo de arroz e o volume do solvente. A proporção sólido-líquido pode afetar a área de superfície de contato e a taxa de difusão dos compostos bioativos, o que pode influenciar o rendimento e a qualidade da extração. Geralmente, uma elevada proporção sólido-líquido pode aumentar o rendimento da extração, pois pode fornecer mais solvente para dissolver os compostos bioativos. No entanto, uma elevada proporção sólido-líquido também pode aumentar a viscosidade e a turbidez do solvente, o que pode reduzir a penetração e a cavitação das ondas ultrassônicas e, assim, reduzir a eficiência da extração . (5)
- Temperatura: Temperatura é o grau de calor do sistema de extração. A temperatura pode afetar a solubilidade, volatilidade e estabilidade dos compostos bioativos, o que pode influenciar o rendimento e a qualidade da extração. Geralmente, uma temperatura elevada pode aumentar o rendimento da extração, pois pode aumentar a solubilidade e a difusão dos compostos bioativos. Porém, uma temperatura elevada também pode causar degradação térmica ou oxidação dos compostos bioativos, o que pode reduzir a qualidade e estabilidade dos extratos. (5)
Contudo, como mostra a figura acima, já existem equipamentos no mercado para escalas piloto e industrial com alta eficiência, produtividade e fatores padronizados que podem ser operados em qualquer tipo de indústria.
As aplicações práticas e perspectivas da extração assistida por ultrassom (EAU) de fitoquímicos fenólicos e antocianinas monoméricas de farelo de arroz
A extração assistida por ultrassom (EAU) de compostos fenólicos e antocianina monomérica do farelo de arroz pode ser aplicada em diversos campos, como indústrias alimentícias, farmacêuticas, cosméticas e de biotecnologia, e tem um grande potencial para desenvolvimento e inovação futuros.
Os fitoquímicos fenólicos e a antocianina monomérica são compostos bioativos que apresentam muitos benefícios à saúde, como atividades antioxidantes, antiinflamatórias, antidiabéticas, anticancerígenas e antiobesidade. (6)
O farelo de arroz é uma fonte rica desses compostos, especialmente o farelo de arroz preto e roxo, que apresentam maiores concentrações e diversidade de fitoquímicos fenólicos e antocianinas monoméricas do que o farelo de arroz branco . (7)
A extração assistida por ultrassom (EAU) é uma técnologia de ponta verde que utiliza ondas de ultrassom para melhorar a extração de compostos bioativos de materiais vegetais. As ondas ultrassônicas podem criam vibrações mecânicas e bolhas de cavitação no solvente, o que pode romper as paredes celulares, aumentar a transferência de massa e melhorar a solubilidade dos compostos bioativos. (8, 9)
A extração assistida por ultrassom (EAU) pode aumentar o rendimento, a qualidade e a eficiência da extração de fitoquímicos fenólicos e antocianinas monoméricas do farelo de arroz, pois pode reduzir o consumo de solvente, o tempo de extração e a temperatura, e melhorar a estabilidade e biodisponibilidade de os extratos. (4)
A extração assistida por ultrassom (EAU) de compostos fenólicos e antocianinas monoméricas do farelo de arroz pode ser aplicada em diversas áreas, como indústrias alimentícias, farmacêuticas, cosméticas e de biotecnologia, pois esses compostos possuem muitas propriedades funcionais e terapêuticas. Por exemplo, compostos fenólicos e antocianinas monoméricas podem ser usados como corantes naturais, antioxidantes, conservantes ou nutracêuticos em produtos alimentícios, tais como bebidas, panificação, laticínios ou produtos cárneos. Esses compostos também podem ser usados como ingredientes ativos, aditivos ou veículos em produtos farmacêuticos, como comprimidos, cápsulas, cremes ou géis, para a prevenção ou tratamento de diversas doenças, como diabetes, hipertensão, doenças cardiovasculares, dislipidemia, câncer, obesidade e síndrome metabólica. Além disso, podem ser utilizados como agentes cosméticos, emulsificantes ou hidratantes em produtos cosméticos, como xampus, condicionadores, loções ou máscaras, para melhorar a saúde e a aparência da pele e dos cabelos. Podem também ser utilizados como biocatalisadores, biossensores ou biocombustíveis em produtos biotecnológicos, como enzimas, eletrodos ou biodiesel, para o aprimoramento de bioprocessos e produção de bioenergia.
Resumindo, a extração assistida por ultrassom (EAU) de fitoquímicos fenólicos e antocianinas monoméricas de farelo de arroz preto e roxo tem um grande potencial para desenvolvimento e inovação futuros, pois pode ser combinada com outras técnicas, como micro-ondas, fluido supercrítico ou extração assistida por enzimas, para promover ainda mais melhorar o desempenho e a qualidade da extração. Também pode ser integrado a outros processos, como purificação, encapsulamento ou entrega, para aumentar ainda mais o valor, rentabilidade e a funcionalidade dos extratos. Ele também pode ser otimizado e modelado usando diferentes projetos experimentais e técnicas de modelagem matemática, como metodologia de superfície de resposta, rede neural artificial ou algoritmo genético, para encontrar as condições ideais de extração e prever o comportamento da extração.
Referências
(1) https://chembioagro.springeropen.com/articles/10.1186/s40538-023-00443-2
(2) https://link.springer.com/article/10.1007/s42250-023-00798-x.
(3) https://www.mdpi.com/2076-3921/11/10/1943.
(4) https://link.springer.com/article/10.1007/s12649-022-01915-6.
(5) Latiff, N.A., Ong, P.Y., Abd Rashid, S.N.A. et al. Enhancing recovery of bioactive compounds from Cosmos caudatus leaves via ultrasonic extraction. Sci Rep 11, 17297 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-96623-x
(6) https://link.springer.com/article/10.1007/s11274-021-03037-y.
(7) https://www.proquest.com/scholarly-journals/benefits-drawbacks-ultrasound-assisted-extraction/docview/2571095762/se-2.
(8) https://europepmc.org/article/MED/28783112.
(9) https://link.springer.com/article/10.1007/s13399-023-04029-8.
