Farmacognosia I EXTRAÇÃO DE MATÉRIAS-PRIMAS VEGETAIS Aula II Douglas Siqueira de Almeida Chaves INTRODUÇÃO O uso de plantas em rituais sagrados e para aliviar os sintomas provocados por diversas patologias vem desde os primórdios da humanidade; Há mais de 5000 anos o chá da espécie Ephedra sinica já era utilizado na medicina tradicional chinesa como estimulante e antiasmático; Estudos fitoquímicos com espécies vegetais têm sido realizados com o objetivo de encontrar novas substâncias terapêuticas de fácil acesso, menores custos e efeitos colaterais candidatos a fármacos protótipos para novos medicamentos RASKIN et al. Trends in Biotech. Rev., 20 (12), 522-531, 2002; SCHANEBERG et al. Phytochem., 62, 911-918, 2003. 2 1
INTRODUÇÃO Nos últimos 25 anos, dentre os novos fármacos aprovados, cerca de 30% são produtos naturais ou derivados destes; Vendas de produtos medicinais em 1997: US$ 23 milhões Vendas em 2002: US$ 31 milhões Produtos naturais podem ter diversas aplicações, tais como no combate a parasitas no mercado agropecuário, aplicação na indústria têxtil e indústria naval; A metodologia empregada no processo extrativo de matérias-primas é fundamental para alcançar as frações e/ou substâncias interessantes para a utilização desejada. RASKIN et al. Trends in Biotech. Rev., 20 (12), 522-531, 2002; SCHANEBERG et al. Phytochem., 62, 911-918, 2003. 3 INTRODUÇÃO - PROCESSO EXTRATIVO O procedimento de extração de um determinado material vegetal compreende diversas etapas: desde a preparação da droga vegetal até o processo extrativo propriamente dito Preparação do material vegetal: A utilização do material vegetal fresco ou seco será determinada pelas características da planta e pelas classes químicas de interesse; Moagem: Esta etapa tem por finalidade reduzir o tamanho do material vegetal, mecanicamente, em pequenos fragmentos; metodologias empregadas podem ser escolhidas de acordo com a parte vegetal utilizada. 4 2
INTRODUÇÃO - PROCESSO EXTRATIVO Grosseira (tesouras ou facas) Por rasuração (raladores) DIVISÃO Pulverização (moinhos) Por impacto (almofariz) 5 INTRODUÇÃO VARIÁVEIS DO PROCESSO EXTRATIVO Extração: caracteriza-se pela retirada, forma mais seletiva possível, de substâncias ou frações contidas na droga vegetal utilizando um ou mais solventes. Alguns fatores influenciam nesta operação, sendo eles: Estado de divisão da droga: influencia diretamente a eficiência da extração; Estrutura histológica bastante heterogênea alterando a perfusão do solvente; Agitação do sistema melhora do processo de difusão; Temperatura altera a solubilidade e pode levar a degradação de substâncias lábeis; Natureza do solvente extrator; ph do solvente extrator (extração de alcalóides, por exemplo); Tempo de extração. 6 3
INTRODUÇÃO VARIÁVEIS DO PROCESSO EXTRATIVO Características do solvente extrator: Seletividade; Polaridade do solvente x polaridade do que se pretende extrair Rendimento; Conservação; Toxidez; Disponibilidade e custo. Observação: quando não há o conhecimento prévio do conteúdo do material em questão, é comum que o mesmo seja submetido a sucessivas extrações com solventes distintos de polaridade crescente; Extração fracionada substâncias com diferentes características químicas foram extraídas 7 Extrações afrio: Expressão: durante o processo de trituração do material vegetal o processo extrativo ocorre devido as forças de cisalhamento. Diminuição do tamanho das partículas leva ao rompimento das células da planta, favorecendo a dissolução rápida das substâncias para o solvente; A expressão dá origem ao sumo 8 4
Extrações afrio: Turbolização: a redução das partículas, e a conseqüente extração, são realizadas em um equipamento com um rotor de alta-velocidade. Promove o esgotamento do material vegetal; Desvantagens: difícil separação da solução extrativa por filtração; geração de calor durante o processo; Rotor de alta velocidade limitação técnica quando se trata de materiais de elevada dureza. 9 Extrações afrio: Maceração: extração da matéria-prima é realizada em ambiente fechado onde o solvente interage por um longo período de tempo com o material, podendo: Características: Cedida por Garcia, A.T.C ser aquecida ou não; ser submetida à agitação; com renovação do solvente (remaceração) A maceração dá origem a macerado (comumente de natureza etanólica) 10 5
Extrações afrio Cont Cont. Fatores que influenciam a eficiência da maceração: Material vegetal: quantidade, natureza, tamanho de partícula, capacidade de intumescimento; Líquido extrator: seletividade e quantidade; Sistema: proporção material vegetal em relação ao solvente extrator, temperatura, agitação, ph, tempo de extração; Saturação do líquido extrator Equilíbrio difusional 11 Extrações afrio: Percolação: a droga vegetal moída é coloca em uma estrutura cilíndrica ou cônica (percolador), de vidro ou metal, onde o solvente é introduzido na porção superior e recolhido na porção inferior; é um processo dinâmico; extrai o material até a exaustão; pode ser simples ou fracionada; extração em carrossel (larga escala). Produto obtido é o percolado. 12 6
Extrações aquente: Infusão: extração aquosa do material vegetal, previamente reduzido, que é colocado em um recipiente fechado com água em ebulição. Após o resfriamento do sistema, o filtrado recuperado é chamado de infuso; Metodologia é bastante difundida e assemelha-se a preparação de chás. A preparação da droga irá diferenciar no processo extrativo. 13 Extrações aquente: Decocção: consiste no cozimento do material, por um tempo prédeterminado, em solvente em ebulição. Processo extrativo agressivo que é recomendado para partes vegetais bastante rígidas e de natureza lenhosa; O emprego da técnica tem que ser programado, uma vez que as substâncias são mantidas sob aquecimento por um período de tempo prolongado O produto obtido é o decocto 14 7
Extrações aquente: Extração em aparelho de Soxhlet: metodologia aplicada em sistema fechado, utilizando solventes voláteis em ebulição para extrair o material vegetal. condensador câmara de extração solvente extrator O material é colocado em um recipiente acoplado a um condensador, de forma que o solvente evaporado durante o processo condense, entrando em contato com o a amostra. manta 15 Extrações a quente Cont. Em cada refluxo da operação, o material entra em contato com o solvente renovado, possibilitando: Extração altamente eficiente; Quantidade reduzida de solvente; Mesmos resultados quantitativos e qualitativos; Baixa solubilidade do soluto com o máximo do processo extrativo; OBS: Tipo de percolação cíclica, com destilação simultânea e reaproveitamento do solvente 16 8
Nas últimas décadas, a preocupação com o desenvolvimento de técnicas analíticas mais modernas foi bastante intensa; análises com alto grau de tecnologia, rapidez, precisão e exatidão desenvolvimento das técnicas de extração de substâncias presentes em materiais vegetais complexos extração em fase sólida (SPE) microextração em fase sólida (SPME) extração assistida por ultra-som extração assistida por microondas extração com fluido supercrítico 17 Extração em fase sólida (SPE): em sua forma mais simples, pode ser descrita como uma cromatografia líquida, onde se usa uma pequena coluna aberta, denominada cartucho de extração, que contém a fase sólida; Características: remoção do(s) analito(s) da matriz, enquanto a etapa de isolamento focaliza-se na eliminação de interferentes realiza as duas etapas de forma mais rápida e com menor consumo de solvente; 18 9
Microextração em fase sólida (SPME): empregada para operações que criam o elo entre a matriz química e o instrumental analítico, sendo particularmente interessante para cromatógrafos a gás (CG) fibra ótica (sílica fundida) Os analitos são termicamente dessorvidos sob fluxo do gás de arraste e carregados para a coluna cromatográfica 19 Microextração em fase sólida (SPME): empregada para operações que criam o elo entre a matriz química e o instrumental analítico, sendo particularmente interessante para cromatógrafo a gás (CG) Características: Menor consumo de material; Menor tempo de análise; Redução de efluentes e rejeitos; fibra ótica (sílica fundida) Maior facilidade de automação. 19 10
Extração ultra-sônica sônica: as ondas são usadas para criar um colapso de microbolhas do solvente (fenômeno de cavitação), perto da parede celular do material vegetal ondas de choque e jatos líquidos que causam a ruptura da parede celular e a liberação do seu conteúdo Principais vantagens: pode ser conduzida a baixa temperatura, favorecendo a extração de substâncias termicamente instáveis; acelera enormemente o processo de extração. 20 Extração ultra-sônica Cont. Tabela 1: Tabela 1: comparação de rendimentos obtidos de extrações feitas por aparelho de Soxhlet e ultra-som da espécie Anethum graveolens Método de Extração Quantidade de óleo (g) Tempo de extração (min) Percentual de Limoneno extraído Soxhlet 3,00 240 40,79 Ultra-sônica 3,40 30 49,63 Ultra-sônica 3,40 60 51,22 Cedido por Garcia, A.T.C. 21 11
Fluido supercrítico: retirar substâncias de interesse (analitos) de matrizes sólidas. Ela emprega um fluido em condições supercríticas, que apresenta propriedades intermediárias entre um gás e um líquido formado acima do ponto crítico temperatura crítica e pressão crítica Mais utilizado: dióxido de carbono (CO 2 ); não toxidez não reatividade não inflamabilidade baixo custo ser gás a temperatura ambiente grande acessibilidade 22 Fluido supercrítico Cont. Nenhuma substância é um fluido supercrítico, mas pode ser levada ao estado supercrítico pelo uso de calor e pressão até superar seu ponto crítico Viscosidade análoga a de um gás; Capacidade de dissolução elevada como a de um líquido. 23 12
Fluido supercrítico Cont. Aplicações: Amostras ambientais (solo, água, ar, sedimentos, suspensões e tecidos animais); Alimentos (frutas, vegetais, cereais) - Descafeinização de café e chá; Óleos essências, corantes, aromas e fragrâncias, hormônios, extração de ácidos graxos; Uma das propriedades mais importantes de um fluido supercrítico é a sua capacidade de dissolver moléculas não-voláteis de alta massa molar. 24 Extração de óleos essenciais: Extração em fase sólida (SPE); Microextração em fase sólida (SPME); Fluido supercrítico; Enfloração (enfleurage); Prensagem; Hidrodestilação (arraste por vapor d água). 25 13
MÉTODOS DE EXTRAÇÃO ÓLEOS ESSENCIAIS Enfloração (Enfleurage): utilizado para extração de essências e fragrâncias de plantas com baixo teor de óleo e alto valor comercial. Material vegetal submerso em material graxo (gordura) Substituição do material por uma nova porção Gordura saturada Álcool Destilação Óleo essencial com elevado valor comercial 26 MÉTODOS DE EXTRAÇÃO ÓLEOS ESSENCIAIS Prensagem (Expressão): tem como princípio o esmagamento da droga vegetal que contém o óleo. O fruto é prensado para que a camada contendo óleo essencial seja separada; Extração de óleos voláteis de frutos cítricos; O óleo é separado da emulsão formada com a água através de decantação, centrifugação ou destilação fracionada. 27 14
MÉTODOS DE EXTRAÇÃO ÓLEOS ESSENCIAIS Hidrodestilação (arraste por vapor d água): que consiste na extração de óleos com pressões de vapor elevadas. Os óleos voláteis possuem tensão de vapor mais elevada que a da água, sendo, por isso, arrastados pelo vapor d'água; O óleo volátil obtido, após separar-se da água, deve ser seco com Na 2 SO 4 anidro; Preferencialmente, esse método é utilizado na extração de óleos de plantas frescas. Aparelho de Clevenger 28 15