OBTENÇÃO DE EXTRATO SUPERCRÍTICO DE Ilex paraguariensis (ERVA MATE) PARA AVALIAÇÃO OLFATIVA APLICADA À PERFUMARIA

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1 OBTENÇÃO DE EXTRATO SUPERCRÍTICO DE Ilex paraguariensis (ERVA MATE) PARA AVALIAÇÃO OLFATIVA APLICADA À PERFUMARIA J. C. J. SOARES 1, A. MARANGONI 1 e A. BOLZAN 1 1 Universidade Federal de Santa Catarina, Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos para contato: julia.ciarlini2@gmail.com RESUMO O trabalho consistiu em obter os extratos de Ilex paraguariensis (erva mate) submetida a diferentes pré-tratamentos (colhida e seca; colhida, seca e armazenada por 1 ano; colhida, seca e tostada) utilizando CO2 supercrítico sob diferentes condições operacionais visando a aplicação em perfumaria. Fixou-se a temperatura do CO2 em 35 C e foram investigados os efeitos da densidade do fluido supercrítico (419 a 901 kg/m³) e do tipo de pré-tratamento no perfil olfativo dos produtos, bem como no rendimento do processo. O perfil olfativo dos extratos foi determinado por um avaliador olfativo e o rendimento calculado através da razão de massa obtida após a extração pela massa inicial de erva mate. 1. INTRODUÇÃO A Ilex paraguariensis (erva mate) é uma planta nativa do sul do Brasil e dos países vizinhos Argentina, Paraguai e Uruguai, cuja importância econômica e cultural é bastante expressiva nessas regiões. Seu consumo se dá tradicionalmente através de bebidas quentes obtidas da infusão de suas folhas secas e moídas, sendo utilizada como estimulante devido à cafeína presente em sua composição ou pelas propriedades medicinais e funcionais atribuídas a alguns de seus compostos bioativos, como polifenóis, alcaloides, flavonoides, vitaminas e saponinas (Bracesco et al., 2011; Dartora et al., 2011). Além do uso tradicional já mencionado, a erva mate possui um aroma agradável que pode ser explorado para perfumaria. Segundo estudo realizado por Márquez et al. (2013), os norisoprenoides e compostos resultantes da degradação de ácidos graxos podem ser responsáveis por essa característica. Para obter seu extrato, técnicas convencionais utilizando solventes orgânicos podem ser utilizadas, como nos trabalhos de Dartora et al. (2011), Frizon et al. (2015) e Márquez et al. (2013). Entretanto, a extração com fluido supercrítico (SFE Supercritical Fluid Extraction) se apresenta como uma alternativa limpa e seletiva, a qual vem sendo desenvolvida nas últimas décadas pela possibilidade de aplicação nas indústrias farmacêutica, alimentícia e de cosméticos. O fluido mais adotado como solvente é o dióxido de carbono (CO2) devido às suas inúmeras vantagens: é

2 relativamente não tóxico e não inflamável, possui parâmetros supercríticos acessíveis (73,8 e 31,06 C), encontra-se comercialmente disponível em alta pureza e é ambientalmente amigável; além disso, ao retornar às condições ambientes, o CO2 deixa o extrato praticamente livre de resíduos de solvente, eliminando o problema de impurezas ou toxicidade no produto desejado (Taylor, 1996). A técnica já foi adotada em alguns estudos com Ilex paraguariensis, como nos trabalhos de Cassel et al. (2010), Esmelindro et al. (2005) e Jacques et al. (2007). A composição do extrato da erva mate é dependente das condições de cultivo, do tratamento a que suas folhas são submetidas e das condições operacionais empregadas na técnica de extração escolhida (Esmelindro et al., 2005; Maria-Ferreira et al., 2013; Márquez et al., 2013), sendo de grande importância o fornecimento dessas informações ao se trabalhar com a espécie. Tudo isso pode interferir nas notas presentes na fragrância do produto final. Assim, o objetivo deste trabalho foi de comparar qualitativamente os extratos supercríticos de folhas de erva mate provenientes do mesmo fornecedor submetida a três diferentes tipos de pré-tratamento e a três diferentes densidades de CO2 supercrítico, obtendo os rendimentos de extração e os perfis olfativos das amostras. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Planta As folhas de erva mate previamente tratadas (colhida, seca e tostada; colhida e seca; colhida, seca e armazenada por 1 ano) foram gentilmente cedidas pela Ervateira Catanduvas LTDA (Catanduvas, SC) em setembro de O material foi triturado e sua granulometria determinada por peneiramento antes das extrações com CO2 supercrítico. A amostra de erva mate armazenada por 1 ano apresentava uma maior quantidade de madeira do que os outros dois tipos fornecidos. Pela distribuição granulométrica, as amostras foram consideradas uniformes (coeficiente de uniformidade menor que 5). Os diâmetros efetivos (D10) estão indicados na Figura 1. EM1 EM2 EM3 D10 = 73 µm D10 = 81 µm D10 = 115µm Figura 1 Porções das amostras utilizadas na extração supercrítica da erva mate. EM1 colhida, seca e tostada; EM2 colhida e seca; EM3 colhida, seca e armazenada por 1 ano. O diâmetro efetivo é apresentado abaixo de cada uma das amostras.

3 2.2. Extração com CO2 Supercrítico As extrações foram realizadas em uma unidade laboratorial com opção de extração e cromatografia supercrítica (HPLC-SC, Jasco Inc., Japão), constituída por três bombas de alta pressão, estufa de aquecimento, trocador de calor, transdutores de pressão, detector UV-Vis em linha, válvula back-pressure automatizada, sistema de aquecimento controlado e vaso extrator de capacidade de 10 ml com filtro de 10 µm na saída (Zibetti, 2012). O diagrama da unidade de SFE pode ser visualizado na Figura 2. Figura 2 Diagrama do processo de extração supercrítica adotado. B1 bomba de alta pressão para introdução de CO2; B2 e B3 bombas de alta pressão para introdução de co-solvente/eluente; E vaso extrator; BP regulador backpressure; H sistema de aquecimento controlado (Zibetti, 2012). A massa de erva mate utilizada em cada operação foi de 3 a 4 gramas, sendo no total 27 extrações (três densidades de CO2, três tipos de pré-tratamento e experimento em triplicata) realizadas em ordem aleatória. Foi utilizado CO2 99,99% puro (Oxilar) e não houve uso de co-solventes ou eluentes. O tempo de extração foi estabelecido em 60 min, sem período estático, com temperatura de 35 C e vazão de CO2 de 3 ml/min, ambas constantes. As densidades do solvente testadas foram de 419,09 kg/m³, 712,81 kg/m³ e 901,23 kg/m³, determinadas a partir do diagrama densidade vs. pressão a 35 C (NIST Standard Reference Database Number 69), sendo as pressões equivalentes a 80, 100 e 250. O CO2 supercrítico é alimentado ao vaso extrator, o qual contém o material vegetal a ser extraído e se encontra em uma estufa (forno) para manter a temperatura de operação de 35 C. O extrato é arrastado pelo CO2-sc, e passa pela válvula back-pressure e pelo sistema de aquecimento,

4 que ameniza o efeito de resfriamento provocado pela expansão do solvente. Na saída do sistema, o extrato se separa do CO2 (liberado para a atmosfera) e é coletado em tubos de ensaio previamente pesados para cálculo de rendimento e posterior análise Avaliação Olfativa do Extrato A análise sensorial foi executada por avaliador olfativo treinado do sexo feminino, em temperatura ambiente. O teste realizado foi o de ordenação, através do qual se qualificam as notas olfativas (tostado, verde, herbáceo, mofo, amadeirado e/ou galho) e a intensidade do aroma (baixo, médio ou intenso), avaliando se há diferenças entre todas as amostras. A coloração do extrato também é apresentada nos resultados. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Em primeiro lugar, calcularam-se os rendimentos das extrações realizadas utilizando o quociente entre a massa obtida de extrato e a massa de material inicial, em forma de porcentagem. Os valores são apresentados na Tabela 1. Tabela 1 Rendimentos (%) obtidos em cada operação, suas médias e desvios padrão para cada densidade Erva Mate Densidade CO 2 (kg/m³) 419,09 712,81 901,23 0,0476 0,3550 1, ,0841 0,4902 1,0991 0,0532 0,5007 1,2194 Média EM1 0,0617 0,4486 1,4341 Desv. pad. 0,0197 0,0813 0,4798 0,0443 0,4077 0, ,0701 0,4403 0,8568 0,0280 0,5169 0,9831 Média EM2 0,0475 0,4549 0,9288 Desv. pad. 0,0212 0,0560 0,0650 0,0000 0,0685 0, ,0121 0,0397 0,3013 0,0683 0,0908 0,1753 Média EM3 0,0268 0,0663 0,3500 Desv. pad. 0,0364 0,0256 0,2035

5 Na Figura 3, é apresentado um gráfico que relaciona as médias dos rendimentos obtidos com as densidades de CO2-sc empregadas. Os desvios padrão estão nele representados. A partir desse gráfico, pode-se observar que, para todos os tipos de pré-tratamento (EM1, EM2 e EM3), o rendimento foi quase nulo e sem diferença significativa entre si para a densidade de 419,09 kg/m³. Este resultado evidencia que o CO2-sc nessa densidade não possui poder de solvente suficiente para extrair quantidades importantes dos componentes da erva mate; a temperatura também não bastou para aumentar suficientemente as pressões de vapor dos compostos ali presentes e compensar o baixo poder de solvatação. Diversos trabalhos com SFE constatam o efeito cruzado da temperatura e pressão no rendimento da extração, como na extração do óleo essencial das sementes de Camelina sativa (Belayneh et al., 2015), em que a diminuição da densidade devido ao aumento de temperatura é compensado pelo aumento da pressão de vapor dos solutos, considerando determinados níveis de pressão do CO2-sc. Na extração supercrítica, normalmente se obtém menores rendimentos para densidades reduzidas, pois neste caso há uma menor interação soluto-fluido (Taylor, 1996). Isso também explica o comportamento crescente do gráfico para os três tipos de erva mate. Observa-se que o efeito da densidade no rendimento de extração é de grande importância: para EM1, um aumento de 712,81 para 901,23 kg/m³ provoca um aumento de mais de 3 vezes no rendimento. De fato, o solvente mais denso permite uma maior interação com a matriz vegetal, facilitando o processo de solvatação dos compostos da planta. Figura 3 Rendimento da extração de Ilex paraguariensis versus a densidade do solvente supercrítico.

6 Para as densidades de 712,81 e 901,23 kg/m³, nas quais o CO2-sc apresenta maior poder de solvente, não se nota diferença significativa de rendimento entre EM1 e EM2, apesar de EM1 ter apresentado uma ligeira tendência a um maior rendimento na densidade de 901,23 kg/m³. No ponto de 712,81 kg/m³, os rendimentos são praticamente iguais para EM1 e EM2. Isso significa que, entre os dois, a seleção para uma futura aplicação em perfumaria seria dada em termos da melhor avaliação sensorial. Para EM3, a quantidade de extrato obtida foi extremamente baixa, mesmo para densidades mais elevadas, o que pode se dar devido tanto ao alto teor de madeira encontrado na amostra fornecida quanto à degradação de componentes durante o período de armazenamento de 1 ano. Dado este rendimento pouco importante para EM3, a extração da erva mate nessas condições não seria interessante para aplicação comercial. Possivelmente, uma temperatura mais elevada ou o uso de cosolvente melhoraria esse resultado. A avaliação olfativa também resulta em pouco interesse na erva mate armazenada por 1 ano (EM3), pois suas notas não são tão sofisticadas quanto a tostada, por exemplo. Essa (EM1), por sua vez, apresentou resultado mais promissor por ter tido um melhor rendimento e um melhor aroma a 250 (901,23 kg/m³), com notas tostada intensa, herbácea e de açúcar. Em outras densidades, os extratos de EM1 apresentaram notas mais amadeiradas, verdes e de mofo, o que também atrai a atenção de perfumistas, porém a intensidade do aroma foi classificada como média. EM2 também resultou em aroma agradável e intenso quando a 250, porém com notas mais verdes. A Tabela 2 traz um resumo da avaliação sensorial realizada. Tabela 2 Avaliação sensorial realizada por provador treinado Amostra Cor Notas EM1-250 Verde escura Tostado intenso Açúcar EM1-100 esverdeado Mofo Amadeirado suave EM1-80 esverdeado Amadeirado Mofo Herbácea Herbácea Herbácea Verde Verde Força Intenso Médio Médio

7 Tabela 2 (continuação) Avaliação sensorial realizada por provador treinado Amostra EM2-250 EM2-100 EM2-80 EM3-250 EM3-100 EM3-80 Cor escuro escuro Ausente escuro escuro Ausente Galho Tostado Verde Amadeirado suave Amadeirado suave Verde Notas Herbácea Herbácea Herbácea Herbácea Herbácea Herbácea Verde Verde Tostado Mofo Força Intenso Médio Baixo Intenso Médio Baixo 4. CONCLUSÃO O trabalho desenvolvido explorou uma aplicabilidade comercial da espécie Ilex paraguariensis e da extração com CO2 supercrítico. A determinação das notas olfativas dos extratos supercríticos de erva mate submetida a diferentes tratamentos pode servir de orientação para o desenvolvimento de novos produtos para o mercado da perfumaria, e mesmo as amostras que não apresentaram potencial para essa aplicação específica podem vir a ser usados para cosméticos ou indústria farmacêutica quando detectados os seus compostos através de análise minuciosa de sua composição. Uma sugestão para continuidade deste trabalho seria testar novas condições (temperatura, pressão e tempo de extração) para a erva mate colhida, seca e tostada, considerada como o melhor resultado no teste sensorial e no rendimento de extração. A determinação dos componentes dessa amostra através de análises cromatográficas pode ser realizada para associá-los aos perfis olfativos encontrados, abrindo possibilidades para uma extração mais seletiva destes compostos. 5. AGRADECIMENTOS A CAPES, pelo apoio financeiro, e aos colegas do LCP da Universidade Federal de Santa Catarina por toda a ajuda sempre que necessário. 6. REFERÊNCIAS BELAYNEH, H. D.; WEHLING, R. L.; CAHOON, E.; CIFTCI, O. N. Extraction of omega-3- rich oil from Camelina sativa seed using supercritical carbon dioxide. J. of Supercritical Fluids, v. 104, p , 2015.

8 BRACESCO, N.; SANCHEZ, A. G.; CONTRERAS, V.; MENINI, T.; GUGLIUCCI, A. Recent advances on Ilex paraguariensis research: Minireview. J. of Ethnopharmacol., v. 136, n. 3, p , CASSEL, E.; VARGAS, R. M. F.; BRUN, G. W.; et al. Supercritical fluid extraction of alkaloids from Ilex paraguariensis St. Hil. J. of Food Eng., v. 100, n. 4, p , DARTORA, N.; DE SOUZA, L. M.; SANTANA-FILHO, A. P.; et al. UPLC-PDA-MS evaluation of bioactive compounds from leaves of Ilex paraguariensis with different growth conditions, treatments and ageing. Food Chemistry, v. 129, n. 4, p , ESMELINDRO, M. C.; TONIAZZO, G.; LOPES, D.; OLIVEIRA, D.; DARIVA, C. Effects of processing conditions on the chemical distribution of mate tea leaves extracts obtained from CO2 extraction at high pressures. J. of Food Eng., v. 70, n. 4, p , FRIZON, C. N. T.; OLIVEIRA, G. A.; PERUSSELLO, C. A.; et al. Determination of total phenolic compounds in yerba mate (Ilex paraguariensis) combining near infrared spectroscopy (NIR) and multivariate analysis. LWT - Food Science and Technology, v. 60, n. 2, p , JACQUES, R. A.; SANTOS, J. G.; DARIVA, C.; OLIVEIRA, J. V.; CARAMÃO, E. B. GC/MS characterization of mate tea leaves extracts obtained from high-pressure CO2 extraction. J. of Supercritical Fluids, v. 40, n. 3, p , LEMMON, E.W.; McLINDEN, M.O.; FRIEND D.G., "Thermophysical Properties of Fluid Systems" in NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69, Eds. P.J. Linstrom and W.G. Mallard, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD, 20899, (recuperadas 4 fevereiro 2016). MARIA-FERREIRA, D.; DARTORA, N.; DA SILVA, L. M.; et al. Chemical and biological characterization of polysaccharides isolated from Ilex paraguariensis A. St.-Hil. Int. J. of Biolog. Macromolecules, v. 59, p , MÁRQUEZ, V.; MARTÍNEZ, N.; GUERRA, M.; et al. Characterization of aroma-impact compounds in yerba mate (Ilex paraguariensis) using GC-olfactometry and GC-MS. Food Res. Int., v. 53, n. 2, p , TAYLOR, L. T. Supercritical Fluid Extraction. New York, NY: Wiley-Interscience, ZIBETTI, A. W. Desenvolvimento de um processo de separação de compostos bioativos de Rosmarinus officinalis. Tese de Doutorado, Universidade Federal de Santa Catarina.