Estudo de técnicas de extração de saponinas do fruto de erva mate (Ilex paraguariensis St. Hill)

Abstract

O grande acúmulo de saponinas nos frutos imaturos de erva mate permite considerá-los uma fonte de matéria prima abundante e ainda não explorada para obtenção de saponinas. As saponinas são conhecidas como tensoativos naturais, sendo utilizadas pelas suas propriedades emulsificantes e farmacológicas. O presente estudo teve como principal objetivo avaliar o uso de técnicas de extração emergentes, como Extração assistida por Ultrassom (US), Campo Elétrico Moderado (CEM) e Extração por Fluido Supercrítico (EFS) para a extração seletiva de saponinas a partir de frutos imaturos de erva mate. Foram investigadas três condições de intensidade de ultrassom (565, 423 e 282 W cm-²) e de intensidade de campo elétrico (50, 37,5 e 25 V cm-1) associadas a diferentes temperaturas de operação. A interação das intensidades de ultrassom e de campo elétrico com diferentes temperaturas foi avaliada através do método de superfície de resposta. Para as extrações por fluido super e sub crítico foram utilizadas três condições de pressão (10, 20 e 30 MPa) e posteriormente sua correlação com diferentes vazões de solvente (1,62; 2,22 e 2,78 x10-4 kg s-1) e temperatura (30, 40 e 50 °C) foi investigada através do métodos de superfície de resposta. Curvas de rendimento das extrações em função do tempo foram levantadas para as condições ótimas de campo elétrico e intensidade de ultrassom (37,5 V cm-1 e 565 W cm-², respectivamente) a 40°C. As curvas foram modeladas matematicamente, com ajuste satisfatório, por modelos cinéticos de 1ª e 2ª ordem e também por um modelo difusivo baseado na 2ª Lei de Fick. Para extração supercrítica, foi construída a curva de extração para a condição de 10 MPa e 40 °C e esta curva foi modelada matematicamente. Assim, foram estimados parâmetros relacionados à transferência de massa, importantes para a compreensão fenomenológica dos processos extrativos. Nesse estudo, a extração com CO2 supercrítico mostrou-se tecnicamente viável para a obtenção de saponinas, sendo mais seletiva em relação aos processos por campo elétrico e ultrassom. Os ensaios com ultrassom e campo elétrico conseguiram gerar extratos brutos com até 68,30 e 64,26 μgilexmg-1extrato em massa de equivalente de saponina por massa de extrato, respectivamente. Os extratos obtidos com fluido supercrítico apresentaram elevada seletividade para saponinas, gerando extratos brutos com até 100,9 μgilex mg-1 extrato de saponina por massa de extrato. A pressão de operação não apresentou efeito tanto no rendimento global de extrato quanto no de saponina.

Considering the substantial amount of saponins in unripe yerba mate fruits, they are an abundant source of raw material not exploited yet. Saponins are known as natural surfactants, being used by their emulsifier and pharmacological properties. This study aimed to evaluate emergent extraction techniques such as Ultrasound (US), Moderate Electric Field (MEF) and Supercritical Fluid Extraction (SFE) for the selective extraction of saponins from unripe fruits of yerba mate. Three power conditions (565, 423 and 282W cm-2), electric field intensities (50, 37.5 and 25 V cm-1) and pressure conditions (10, 20 and 30 MPa) were initially assayed for US, MEF and SFE respectively at 40 °C. Power and electric field intensity were found to affect the saponins yields, thus, their correlation with different temperatures were evaluated with a factorial design. At the optimal condition, US and MEF saponins yields were 6.42% and 6.83% (%gilex gextract-1). Extraction yield curves were raised for optimum conditions of electric field and ultrasound power (37.5 V cm-1 and 565 W cm-², respectively). Three different kinetic models were used to model mathematically the overall extraction curves, namely a first-order, second-order, and a mass transfer model based on Fick’s Law. The operating pressure had no effect on either the overall brute extract or saponins yield for SFE. Although the extracts obtained with supercritical fluid showed low brute extracts yields, it was highly selective for saponins yielding up to 10.09%. For supercritical extraction, the extraction curve for 10 MPa and 40 °C was assayed and the experimental data fitted by a mathematical model. Parameters related to mass transfer, important for understanding of the extractive processes, were successfully estimated. In this study, the extraction with ultrasounds, electric field and supercritical CO2 were shown to be technically viable to obtain saponins from unripe yerba mate fruits, being EFS more selective than the other technics studied.