EXTRAÇÃO ASSISTIDA POR ULTRASSOM DE COMPOSTOS FENÓLICOS DA TORTA DE SEMENTE DE GIRASSOL

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1 EXTRAÇÃO ASSISTIDA POR ULTRASSOM DE COMPOSTOS FENÓLICOS DA TORTA DE SEMENTE DE GIRASSOL Ivanor Zardo 1, Andressa de Espíndola Sobczyk 1, Júlia Sarkis 1, Ligia Damasceno Ferreira Marczak Laboratório de Tecnologia e Processamento de Alimentos - LATEPA - Departamento de Engenharia Química, Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) - R. Ramiro Barcelos, Santana, Porto Alegre - RS, BRASIL, Telefone: 55 (51) , Fax: 55 (51) (ivanorzardo@gmail.com) RESUMO A torta de semente de girassol (TSG) é um subproduto da indústria de extração de óleo e possui potencial aplicação para alimentação animal. Buscando aumentar o valor nutricional da TSG e obter um extrato rico em compostos antioxidantes, este trabalho tem como objetivo estudar a extração assistida por ultrassom de compostos fenólicos da TSG. Foram elaboradas curvas do teor de compostos fenólicos totais (CFT) extraídos da TSG ao longo de 15 min de extração. A extração assistida por ultrassom se mostrou mais eficiente que a convencional somente em temperaturas mais baixas (30 C), sendo que esse mesmo efeito não foi observado em temperaturas de extração mais elevadas (60 C). Intensidades de ultrassom mais elevadas foram mais eficientes na extração dos CFT da TSG. A quantidade de CFT extraídos da TSG foi de 1257±13 a 1763±1 mg de ácido gálico por 100 g de amostra em base seca. ABSTRACT Sunflower seed cake is a by-product of the sunflower oil industry, with a potential use for animal feed. Seeking to improve the nutritive value of the sunflower seed cake and get a rich antioxidant extract, the present work aims to study the ultrasound assisted extraction of phenolic compounds from sunflower seed cake. Curves of the total phenolic compounds extracted from the sunflower seed cake have been drafted over 15 min of the extraction. The ultrasound assisted extraction was more efficient than the conventional extraction only at lower temperatures (30 C), whereas the same effect was not observed at greater extraction temperatures (60 C). Higher ultrasound intensities showed to be more efficient in extracting the total phenolic compounds. The amount of total phenolic compounds extracted from sunflower seed cake was 1,257 ± 13 to 1,763 ± 1 mg of gallic acid per 100 g of sample on dry basis. PALAVRAS-CHAVE: antinutrientes, antioxidantes, ácido clorogênico, subprodutos KEYWORDS: antinutrients, antioxidants, chlorogenic acid, by-products 1. INTRODUÇÃO O reaproveitamento de resíduos da agroindústria tem recebido intensificada atenção nos últimos anos por conta da escassez, cada vez maior, de recursos naturais e pela necessidade de proteção do meio ambiente (Boussetta, Soichi, Lanoisellé, & Vorobiev, 2014). O Brasil é um país de grande atividade agrícola e, consequentemente, um grande produtor de resíduos agroindustriais, sendo o aproveitamento destes subprodutos um fator de notável importância ambiental e econômica.

2 O girassol (Helianthus annuus L.) é uma das quatro principais culturas oleaginosas produtoras de óleo vegetal comestível em utilização no mundo. Para cada tonelada de sementes de girassol, são produzidos 400 kg de óleo, 250 kg de casca e 350 kg de torta (de Castro et al., 1996). No processo de extração do óleo de girassol são gerados como principais subprodutos as tortas ou farelos. Com teor de proteínas que pode variar de 15 a 50%, as tortas ou farelos provenientes de sementes oleaginosas apresentam grande potencial de utilização na alimentação animal e na produção de concentrados ou isolados proteicos de alto valor nutricional. Dessa forma, podem ser fundamentais para a geração de renda adicional na cadeia de produção de óleo (González-Pérez et al., 2002). Em sua composição, o farelo/torta de girassol apresenta quantidades consideráveis de compostos fenólicos (1 4% em massa), tendo como componente principal o ácido clorogênico, que representa em torno de 70% do total dos compostos fenólicos (Weisz, Kammerer, & Carle, 2009). A presença de grandes quantidades desses compostos afeta significativamente a qualidade das proteínas da torta de girassol, que podem ser considerados tóxicos ou antinutricionais para a alimentação animal. As principais modificações ocorridas com as proteínas ao interagirem com compostos fenólicos estão basicamente relacionados com sua estrutura, digestibilidade, propriedades nutricionais e funcionais (Ozdal, Capanoglu, & Altay, 2013; Pedrosa et al., 2000). Por outro lado, diversos estudos mostram que compostos fenólicos como os ácidos cafeico, clorogênico e ferúlico apresentam elevada atividade antioxidante, estando associados à prevenção de doenças causadas por stress oxidativo (Maier, Schieber, Kammerer, & Carle, 2009). A obtenção de compostos fenólicos naturais, extraídos de subprodutos do processamento de alimentos, está sendo sugerida como uma alternativa sustentável aos antioxidantes sintéticos. Adicionados aos alimentos, os compostos fenólicos podem prevenir a oxidação lipídica e controlar o escurecimento enzimático. Além da indústria alimentícia, esses compostos ainda apresentam potencial aplicação na indústria farmacêutica e de cosméticos (De Leonardis, Macciola, & Di Rocco, 2003). A remoção dos compostos fenólicos é, portanto, um dos principais desafios da indústria de processamento de girassol, de modo a produzir um concentrado proteico mais nutritivo e com consequente maior valor de mercado (González-Pérez & Vereijken, 2007). As técnicas tradicionais normalmente requerem tempos longos de extração, o que torna o processo dispendioso, além de provocar uma possível degradação térmica dos compostos fitoquímicos (Taha, Mohamed, Mohamed, Mohamed, & Kamil, 2011). Com o propósito de diminuir o consumo de solvente, encurtar o tempo de extração, aumentar o rendimento do processo, e diminuir a necessidade de altas temperaturas, novas técnicas de extração vem sendo desenvolvidas, incluindo a extração assistida por ultrassom (EAU) (Wang, Sun, Cao, Tian, & Li, 2008). A EAU apresenta-se como uma técnica de baixo custo, simples e como uma alternativa eficiente no processo de extração de compostos bioativos (Soria & Villamiel, 2010). Essa tecnologia baseia-se na produção de ondas ultrassônicas que, ao percorrerem o meio, promovem o fenômeno de cavitação acústica. Esse fenômeno é responsável por efeitos mecânicos, que promovem a turbulência no meio, e pela ruptura das membranas e/ou das paredes celulares. Dessa forma, a passagem de ondas de ultrassom no meio pode favorecer a penetração do solvente no interior da matriz da amostra e facilitar a liberação dos compostos extraíveis da fase sólida para a líquida (Chemat, Zill e, & Khan, 2011; Rostagno, Palma, & Barroso, 2003). Este trabalho tem como objetivo estudar a extração assistida por ultrassom de compostos fenólicos totais (CFT) da torta de semente de girassol (TSG). Para tal, foram analisados diferentes parâmetros de processo: tempo, temperatura e intensidade de ultrassom. 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Preparo da amostra A torta de semente de girassol utilizada nos experimentos foi fornecida pela empresa Pazze Indústria de Alimentos LTDA (Panambi, RS, Brasil). A torta foi gerada do processo de extração de

3 óleo por prensagem a frio das sementes de girassol parcialmente descascadas. A torta de girassol foi moída em moinho (MF 10, IKA, Werke, Staufen, Alemanha) e peneirada em malha de 20 mesh (0,85 mm). Após preparadas, as amostras foram armazenadas em temperaturas inferiores a 5 C até posterior uso. 2.2 Extração assistida por ultrassom (EAU) As extrações foram realizadas em uma célula de vidro encamisada sob agitação e conectada a um sistema composto por dois banhos termostáticos (LAUDA LCKD 4907 Model ALPHA RA 8, Lauda, Brasil). Para a extração dos compostos fenólicos da torta de girassol, foram pesados 10 g de amostra e medidos 100 ml de solvente com concentração fixa de 45% de etanol em água. O processo de extração foi realizado por um tempo total de 15 min e alíquotas foram retiradas para análise após 1, 3, 6, 10 e 15 min. Nos experimentos de EAU, o equipamento foi utilizado nos 10 primeiros minutos de processo, enquanto que, nos experimentos controle, o ultrassom não foi utilizado. A aplicação do ultrassom foi realizada por um equipamento do tipo sonda (VC 750, Sonics and Materials Inc., Newtown, USA) com frequência fixa de 20 khz, diâmetro da sonda de 13 mm e potência nominal máxima de 750 W. A intensidade da potência aplicada é regulada pela amplitude de onda. No presente trabalho, foram aplicadas as amplitudes de onda de 28,5, 57 e 114 µm, que correspondem a 13, 20 e 64 W/cm² de intensidade de ultrassom. Essas intensidades foram determinadas através do cálculo da energia dissipada no meio pelo método calorimétrico conforme proposto por Contamine, Wilhelm, Berlan, & Delmas (1995). Para avaliar o efeito da temperatura, o solvente foi aquecido até a temperatura de análise usando um dos banhos termostáticos e, posteriormente, a torta foi adicionada ao solvente. No processo de extração controle, o banho foi mantido nessa temperatura durante todo o tempo. Entretanto, devido ao aquecimento das amostras durante a aplicação do ultrassom, na EAU foi utilizado um banho de resfriamento durante os 10 primeiros minutos. Assim, foi possível manter as amostras nas temperaturas testadas, de 30 e 60 C, ao longo de todo o processo de extração. 2.3 Determinação dos compostos fenólicos totais O teor de compostos fenólicos totais presentes nas amostras de extrato fenólico foi determinado pelo método espectrofotométrico de Folin-Ciocalteu adaptado de Waterhouse (2002), utilizando-se o ácido gálico como padrão. As leituras de absorbância foram realizadas em espectrofotômetro (UV 1600, PG Instruments, Brasil) no comprimento de onda de 765 nm. Os resultados foram expressos em mg de ácido gálico por 100 g de amostra em base seca. Para obtenção do perfil cromatográfico dos compostos fenólicos presentes na torta de girassol, as amostras de extrato foram analisadas por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE). O equipamento de CLAE utilizado foi da marca Agilent (modelo 1260 infinity, Estados Unidos) e a separação dos compostos fenólicos foi realizada em coluna C18 (Agilent, ZORBAX Analytical Eclipse Plus, Estados Unidos) acoplada a uma pré-coluna da mesma marca e modelo. A análise dos compostos fenólicos presentes na torta de girassol foi realizada segundo o método sugerido por Rodrigues, Mariutti, & Mercadante (2013). A identificação do ácido clorogênico foi feita por comparação entre os tempos de retenção dos componentes da amostra com o padrão de ácido clorogênico (5-O-cafeoilquínico) Sigma-Aldrich. Para obtenção do cromatograma, o eluente foi monitorado no comprimento de onda de 325 nm. 2.4 Caracterização da amostra Para caracterização da torta de girassol foi determinada a umidade da amostra pelo método gravimétrico de acordo com metodologia da AOAC (AOAC, 2005b), o conteúdo de proteína

4 bruta através do método de Kjeldahl segundo metodologia da AOAC (AOAC, 2005a) e teor de óleo com extrator Soxhlet de acordo com o método da AOAC (Aoac, 2000). 2.5 Análise Estatística A análise de variância (ANOVA) foi realizada para interpretação dos resultados. Para comparação de diferentes condições de extração, utilizou-se o teste de diferenças entre médias de Tukey com significância estatística de 0, RESULTADOS E DISCUSSÕES A amostra de torta de semente de girassol apresentou umidade de 7,40 ± 0,05%, conteúdo de proteínas de 23,9 ± 0,3% e conteúdo de óleo de 8,7 ± 0,4 %. Castro, Castilho, & Freire (2016) obtiveram resultados similares em seus estudos com torta de girassol, onde determinaram valores de umidade de 5,56%, conteúdo de proteínas de 23,72% e conteúdo em óleo de 2,75%. Os resultados das diferentes condições de extração dos compostos fenólicos aplicadas na torta de girassol, bem como o cromatograma referente aos compostos fenólicos presentes na amostra estão representados na Figura 1. As linhas que ligam os pontos servem somente para facilitar a visualização do comportamento da cinética da extração em cada tratamento, sendo que não foi realizada uma modelagem dos resultados. Figura 1 A) Cinética de extração dos compostos fenólicos totais da torta de semente de girassol; B) Cromatograma do extrato (Controle 30 C em 10 minutos) no comprimento de onda de 325 nm. Através da análise dos resultados da Figura 1A observa-se que a aplicação do ultrassom apresentou efeito significativo somente na menor temperatura testada (30 C), não sendo observadas diferenças significativas entre as extrações com ou sem aplicação de ultrassom na temperatura mais elevada (60 C). Ao analisar estatisticamente os resultados dos tratamentos a 30 C observou-se que, para o tratamento sem a aplicação de ultrassom (Controle 30 C), o período de tempo para que o equilíbrio de extração fosse atingido foi superior aos tratamentos com aplicação de ultrassom, comprovando com isso um efeito positivo da aplicação da tecnologia estudada. Dentre as diferentes potências testadas, observou-se que não ocorreu diferença significativa entre os tratamentos a 30 C com amplitudes de 57 e 144 µm, para todos os tempos de extração analisados. Entretanto, se comparados esses tratamentos com o processo usando uma amplitude de 29 µm, existe um rendimento significativamente maior nas maiores amplitudes, quando analisados os tempos de extração de 1 e 3 min. Para a temperatura de 60 C, não ocorreram diferenças significativas entre as diferentes amplitudes aplicadas em nenhum dos tempos de extração estudados. Analisando os diferentes tempos de extração em um mesmo tratamento a 60 C, observou-se diferença significativa entre o tempo de

5 extração de um minuto dos demais tempos, ou seja, após três minutos atingiu-se o equilíbrio da extração dos compostos fenólicos totais. Os resultados se mostraram iguais estatisticamente após três minutos para os tratamentos a 60 e a 30 C nas amplitudes de 57 e 144 µm, constatando que, com a aplicação do ultrassom, pode-se obter o mesmo teor de CFT utilizando menores temperaturas de processo. Além disso, se realizada a extração a 30 C, é possível reduzir o tempo necessário para extração. Neste caso, em que o processo de extração se apresentou relativamente rápido e eficiente mesmo em temperaturas baixas e sem a aplicação do ultrassom, é possível que a aplicação industrial da tecnologia de ultrassom não seja recomendada. Para a aplicação industrial desta tecnologia, é importante que se avalie o ganho econômico obtido com a utilização desta técnica em relação ao método convencional. Entretanto, foram observados efeitos da aplicação da tecnologia em estudo e sabe-se que em alguns casos, no qual o processo de extração é mais lento e/ou requer altas temperaturas, o ultrassom pode apresentar um aumento considerável na eficiência. Na extração de compostos fenólicos do farelo da semente de mostarda (Brassica juncea), Dubie, Stancik, Morra, & Nindo (2013) concluíram que com a aplicação de ultrassom, foi possível se reduzir o tempo e a temperatura de extração em comparação com a extração pelo método convencional. Mane, Bremner, Tziboula-Clarke, & Lemos (2015) ao aplicar o ultrassom para extrair antocianinas da batata Purple Majesty, consideraram o ultrassom uma tecnologia importante para encurtar o tempo de extração e diminuir a quantidade de solvente necessário. Como pode ser visto na Figura 1B, o pico predominante, que representa em torno de 75% da área total do cromatograma, foi identificado como sendo o ácido clorogênico (ádico 5-ocafeoilquínico), composto fenólico majoritário do girassol, o que está de acordo com o resultado encontrado por Weisz et al. (2009). 4. CONCLUSÕES O ultrassom apresentou resultados satisfatórios na extração de compostos fenólicos da torta de girassol. O efeito do ultrassom se mostrou mais significante em temperaturas mais baixas, sendo que, em temperaturas mais altas, o efeito da temperatura preponderou sobre o efeito do ultrassom. Os compostos fenólicos presentes na torta de girassol podem ser facilmente extraídos, o que resulta em uma torta com baixo teor de compostos antinutricionais e com consequente elevado valor nutricional para a alimentação animal. O extrato obtido é rico em compostos fenólicos que podem ser potencialmente utilizados como fonte de compostos antioxidantes. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AOAC. (2000). Fat (total, saturated, unsaturated, and monounsaturated) in cereal products, Method (17th ed.). USA: Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists, AOAC International. AOAC. (2005a). Determination of Protein Content in Food, Method B. In: Official Methods of Analysis, AOAC International. In Gaithersburg. (Ed.). AOAC. (2005b). Solids (Total) and moisture in flour, Method (AOAC International ed., Vol. 18th Edition). Gaithersburg: Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists. Boussetta, N., Soichi, E., Lanoisellé, J. L., & Vorobiev, E. (2014). Valorization of oilseed residues: Extraction of polyphenols from flaxseed hulls by pulsed electric fields. Industrial Crops and Products, 52(0), Castro, A. M. d., Castilho, L. d. R., & Freire, D. M. G. (2016). Characterization of babassu, canola, castor seed and sunflower residual cakes for use as raw materials for fermentation processes. Industrial Crops and Products, 83,

6 Chemat, F., Zill e, H., & Khan, M. K. (2011). Applications of ultrasound in food technology: Processing, preservation and extraction. Ultrasonics Sonochemistry, 18(4), Contamine, R. F., Wilhelm, A. M., Berlan, J., & Delmas, H. (1995). Power measurement in sonochemistry. Ultrasonics Sonochemistry, 2(1), S43-S47. de Castro, C., Castiglioni, V. B. R., Balla, A., Leite Rmvbc, K. D., Mello, H. C., Guedes, L. C. A., et al. (1996). A cultura do girassol: Embrapa-CNPSo. De Leonardis, A., Macciola, V., & Di Rocco, A. (2003). Oxidative stabilization of cold-pressed sunflower oil using phenolic compounds of the same seeds. Journal of the Science of Food and Agriculture, 83(6), Dubie, J., Stancik, A., Morra, M., & Nindo, C. (2013). Antioxidant Extraction from Mustard (Brassica juncea) Seed Meal Using High Intensity Ultrasound. Journal of food science, 78(4), E542-E548. González-Pérez, S., Merck, K. B., Vereijken, J. M., van Koningsveld, G. A., Gruppen, H., & Voragen, A. G. J. (2002). Isolation and characterization of undenatured chlorogenic acid free sunflower (Helianthus annuus) proteins. Journal of agricultural and food chemistry, 50(6), González Pérez, S., & Vereijken, J. M. (2007). Sunflower proteins: overview of their physicochemical, structural and functional properties. Journal of the Science of Food and Agriculture, 87(12), Maier, T., Schieber, A., Kammerer, D. R., & Carle, R. (2009). Residues of grape (Vitis vinifera L.) seed oil production as a valuable source of phenolic antioxidants. Food Chemistry, 112(3), Mane, S., Bremner, D. H., Tziboula-Clarke, A., & Lemos, M. A. (2015). Effect of ultrasound on the extraction of total anthocyanins from Purple Majesty potato. Ultrasonics sonochemistry, 27, Ozdal, T., Capanoglu, E., & Altay, F. (2013). A review on protein phenolic interactions and associated changes. Food Research International, 51(2), Pedrosa, M. M., Muzquiz, M., García Vallejo, C., Burbano, C., Cuadrado, C., Ayet, G., et al. (2000). Determination of caffeic and chlorogenic acids and their derivatives in different sunflower seeds. Journal of the Science of Food and Agriculture, 80(4), Rodrigues, E., Mariutti, L. R. B., & Mercadante, A. Z. (2013). Carotenoids and Phenolic Compounds from Solanum sessiliflorum, an Unexploited Amazonian Fruit, and Their Scavenging Capacities against Reactive Oxygen and Nitrogen Species. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61(12), Rostagno, M. A., Palma, M., & Barroso, C. G. (2003). Ultrasound-assisted extraction of soy isoflavones. Journal of Chromatography A, 1012(2), Soria, A. C., & Villamiel, M. (2010). Effect of ultrasound on the technological properties and bioactivity of food: a review. Trends in Food Science & Technology, 21(7), Taha, F. S., Mohamed, G. F., Mohamed, S. H., Mohamed, S. S., & Kamil, M. M. (2011). Optimization of the Extraction of Total Phenolic Compounds from Sunflower Meal and Evaluation of the Bioactivities of Chosen Extracts. American Journal of Food Technology, 6(12). Wang, J., Sun, B., Cao, Y., Tian, Y., & Li, X. (2008). Optimisation of ultrasound-assisted extraction of phenolic compounds from wheat bran. Food Chemistry, 106(2), Waterhouse, A. L. (2002). Determination of total phenolics. Current protocols in food analytical chemistry. Weisz, G. M., Carle, R., & Kammerer, D. R. (2013). Sustainable sunflower processing II. Recovery of phenolic compounds as a by-product of sunflower protein extraction. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 17(0), Weisz, G. M., Kammerer, D. R., & Carle, R. (2009). Identification and quantification of phenolic compounds from sunflower (Helianthus annuus L.) kernels and shells by HPLC-DAD/ESI-MSn. Food Chemistry, 115(2),