Para obtenção do teor de sólidos totais presente nos extratos, foram retiradas alíquotas de pesos conhecidos, das quais a água foi evaporada em estufa a 103 ± 2°C, até peso constante. Para o cálculo, fez-se uso da seguinte Equação:
(3) em que TST é o teor de sólidos totais, em porcentagem; PS é o peso do extrato seco, em g; e PU é o peso inicial do extrato, em g.
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Extração com diferentes solventes
Inicialmente foram feitos testes para avaliar o efeito de diferentes solventes sobre a extração de taninos da casca de cajueiro. De acordo com a Tabela 6, pode-se observar que os extratos obtidos com etanol 50% em água apresentaram maiores quantidades de polifenóis totais e taninos condensados em relação aos outros solventes. Diversos estudos mostram que maiores teores de compostos fenólicos podem ser extraídos de plantas com solventes que possuem polaridades mais elevadas (HUSSAIN
et al., 2012, WIJEKOON et al., 2011, SULTANA et al., 2007). Solventes alcoólicos
têm sido comumente empregados para extrair compostos fenólicos de fontes naturais, eles dão um rendimento muito elevado de extrato total, embora não sejam muito seletivos para os fenóis. Em particular, misturas de alcoóis e água revelaram-se mais eficientes na extração de constituintes fenólicos do que o correspondente monocomponente do sistema solvente (GIRONI & PIEMONTE, 2011).
Tabela 6 - Teor de polifenóis totais e taninos condensados extraídos com diferentes solventes.
Solventes Polifenóis totais (mg EAG/ 100 mg casca) Taninos condensados (mg EC/ 100 mg casca) Água 6,49±0,49c* 5,34±0,22c NaOH (5%) em água 6,42±0,27c 2,26±0,21d Na2SO3 (4,5%) em água 9,59±0,58b 7,64±0,52b Etanol (50%) em água 13,77±0,53a 11,49±0,70a
*Médias com a mesma letra na mesma coluna não diferem significativamente pelo teste de Tukey (p>0,05). EAG = equivalente de ácido gálico; EC = equivalente de catequina.
Os extratos obtidos com sulfito de sódio em água, na concentração de 4,5%, apresentaram os segundos maiores teores de polifenóis totais e taninos condensados.
Este aumento em relação aos extratos obtidos com apenas água deve-se à hidrólise das ligações interflavonóides, dos açúcares e gomas hidrocoloidais e à abertura do anel heterocíclico das moléculas de taninos, o que acarreta o aumento do número de sítios sujeitos à hidratação, aumentando sua solubilidade em água (PIZZI, 2008). Portanto, o aumento da solubilidade em água é responsável pelo maior rendimento. A utilização de certos produtos químicos como aditivos geralmente aumenta o grau de extração de taninos. Os mais utilizados são o sulfito de sódio (Na2SO3), o carbonato de sódio
(Na2CO3), o hidróxido de sódio (NaOH), o dissulfito de sódio (Na2S2O5) e o bissulfito
de sódio (NaHSO3) (MAVLYANOV et al., 2001).
Neste estudo, a solução de água com hidróxido de sódio, na concentração de 5%, não apresentou diferença significativa na extração de polifenóis totais em relação ao extrato obtido somente com água, e diminuiu a extração de taninos condensados. Vázquez et al. (2010), em um trabalho de otimização da extração de polifenóis da casca de castanha usando a metodologia de superfície de resposta, observaram que a adição de NaOH não influenciou no conteúdo de polifenóis totais do extrato. Além disso, o teor de taninos aumentava com o decréscimo da concentração de NaOH e com a elevação da concentração de Na2SO3.
Apesar dos extratos obtidos apenas com água apresentarem menor conteúdo de polifenóis totais e taninos condensados em comparação com os obtidos com as soluções de sulfito de sódio e etanol, a utilização de água como solvente evitaria problemas de custo, armazenamento, manipulação e recuperação que ocorrem com outros tipos de solventes. Além disso, não seriam necessários tratamentos posteriores para sua remoção, já que não é tóxico e não afeta as propriedades do extrato resultante, podendo ser aplicado sem problemas. Desta forma, a água foi o solvente utilizado na etapa de otimização, na tentativa de obter uma quantidade extraída próxima à obtida com etanol 50% em água.
4.2 Extração com água variando tempo, temperatura e razão líquido/sólido
Os resultados experimentais para as diferentes condições de extração de fenólicos da casca do cajueiro, obtidos pelo delineamento composto central rotacional, usando a metodologia de superfície de resposta, são apresentados na Tabela 7.
Tabela 7 - Delineamento experimental e respostas em diferentes condições de extração.
Ensaio Tempo (min) Temperatura (°C) Razão L/S PT* TC* TST (%)
1 60,4 44,2 10,1:1 3,61±0,03 1,43±0,05 10,12 2 60,4 44,2 24,9:1 4,57±0,04 2,38±0,09 6,53 3 60,4 85,8 10,1:1 3,62±0,05 1,71±0,10 10,27 4 60,4 85,8 24,9:1 6,71±0,13 5,03±0,11 8,34 5 149,6 44,2 10,1:1 3,86±0,08 1,83±0,12 10,07 6 149,6 44,2 24,9:1 4,87±0,07 2,65±0,05 7,24 7 149,6 85,8 10,1:1 4,07±0,08 2,12±0,15 15,52 8 149,6 85,8 24,9:1 7,25±0,13 5,48±0,16 8,94 9 30,0 65,0 17,5:1 4,83±0,03 2,35±0,13 9,62 10 180,0 65,0 17,5:1 4,75±0,12 3,04±0,19 9,85 11 105,0 30,0 17,5:1 3,68±0,02 1,84±0,05 7,53 12 105,0 100,0 17,5:1 6,88±0,19 5,95±0,35 12,26 13 105,0 65,0 5,0:1 2,60±0,03 1,98±0,09 22,14 14 105,0 65,0 30,0:1 5,86±0,19 4,98±0,28 6,85 15 105,0 65,0 17,5:1 5,12±0,07 4,19±0,30 9,24 16 105,0 65,0 17,5:1 5,04±0,03 4,30±0,35 9,60 17 105,0 65,0 17,5:1 4,93±0,11 4,35±0,26 9,53 18 105,0 65,0 17,5:1 5,04±0,18 4,33±0,28 9,42
4.2.1 Polifenóis Totais
A partir da análise de regressão linear dos resultados obtidos para o teor de polifenóis totais foi possível a formulação de um modelo polinomial para descrever a variável resposta. A Equação 4 representa o modelo de segunda ordem para as variáveis, considerando todos os coeficientes de regressão para 95% de confiança. Modelo de regressão:
Polifenóis totais (mg/100 mg casca) = 3,65 + 5,1.10–3t – 3,6.10–5t2 – 6,2.10–3T + 2,3.10–4
T2 + 7,5.10–2R – 4,9.10–3R2 + 5,8.10–5t x T + 5,1.10–5t x R + 3,5.10–3T x R (4)
Onde: t: tempo; T: temperatura e R: razão L/S Modelo com variável real.
Na Tabela 8 podemos observar os valores da análise de variância do modelo ajustado. De acordo com a tabela ANOVA, o coeficiente de correlação obtido foi satisfatório (R2 = 0,97). O coeficiente de correlação ou determinação R2 quantifica a qualidade do ajustamento, pois fornece uma medida da proporção da variação explicada pela equação de regressão em relação à variação total das respostas (RODRIGUES & IEMMA, 2009).
Tabela 8 - Análise de variância do modelo de regressão para polifenóis totais (Eq. (4)).
Fonte de variação Soma dos quadrados Graus de liberdade Média Quadratica Valor F Regressão 25,022 9 2,78022 35,61 Residuo 0,62460 8 0,07808 Total 25,64660 17 Coeficiente de correlação 0,9756 F- valor tabelado (95%) F9,8 = 3,39
Na Figura 4 está representada a comparação entre os valores observados experimentalmente e aqueles previstos pelo modelo ajustado. Observa-se pela análise da Figura 4 um bom ajuste do modelo, justificado pela apreciável aglomeração de pontos próximos da reta representativa. Para confirmação da significância dos parâmetros do modelo pela análise da ANOVA (tabela 8) foi realizado o teste F. Para o modelo ser significativo estatisticamente, a razão entre o valor de F obtido da regressão e o valor de F tabelado deve ser maior que um. Para que o modelo seja não apenas estatisticamente significativo, mas também útil para fins preditivos, o valor da razão deve ser no mínimo maior que quatro (BARROS NETO et al., 1996). Comparando o valor de F calculado para a regressão (Fcalculado = 35,61) com o valor de F tabelado (Ftabelado = 3,39), verifica-
se uma regressão altamente significativa (Fcal/Ftab = 10,5). Portanto, os dados
experimentais são bem representados pelo modelo ajustado, ou seja, o modelo obtido pode ser utilizado para fins preditivos dentro do domínio de fatores estudados.
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0
Valores Observados
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0Valores Previst
os
Figura 4 – Valores observados versus valores previstos para polifenóis totais.
A Tabela 9 apresenta as estimativas dos efeitos de cada variável, bem como suas interações sobre o teor de polifenóis totais.
Tabela 9 - Efeitos estimados das variáveis independentes sobre o teor de polifenóis totais.
Fator Efeito Erro Padrão p – valor
Média* 5,03 0,14 0,0000 t 0,21 0,15 0,2101 t2 -0,14 0,16 0,3933 T 1,48 0,15 0,0000 T2 0,20 0,16 0,2347 R 2,01 0,15 0,0000 R2 -0,54 0,16 0,0089 txT 0,11 0,20 0,5998 txR 0,03 0,20 0,8687 TxR 1,08 0,20 0,0006
t: tempo; T: temperatura e R: razão L/S; *fatores em negrito são significativos ao nível de 95% de
confiança.
Na Figura 5 temos o diagrama de Pareto, onde os valores absolutos de tcal,
também denominados efeitos padronizados, fornecem as alturas das barras, e o valor de ttab fornece o limite a partir do qual os efeitos são significativos. De acordo com o
diagrama e com a Tabela 9, os efeitos razão L/S (linear e quadrático), temperatura (linear) e sua interação (TxR) são signicativos, já a variável tempo (t) não foi significativa ao nível de 95% de confiança. Os termos lineares revelam se as variáveis possuem efeito positivo ou negativo sobre a resposta estudada. Com relação à resposta polifenóis, todos os fatores tiveram efeito linear positivo, ou seja, a elevação destas variáveis promove um aumento no teor de polifenóis totais. A contribuição do termo quadrático é interpretada como a presença de curvatura e representa a natureza do sistema de superfície de resposta (máximo, mínimo ou sela do sistema). Assim, o sinal negativo para o termo quadrático revela a forma convexa da curva, como foi observado para a variável razão L/S (Figura 6, item b). Por outro lado, o sinal positivo para termos quadráticos demonstra a forma côncava da curva, como foi observado para a variável temperatura (Figura 6, item a) (CUNHA et al., 2009). Jerez et al. (2006) avaliaram a influência dos mesmos fatores na extração de fenólicos da casca de pinheiro, usando etanol como solvente. Eles também obtiveram a razão L/S como a variável de maior influência, seguida da temperatura e a variável tempo não foi significativa.
,1707461 ,5461926 -,902182 1,28501 1,362736 -3,43112 5,443779 9,795548 13,28305 p=,05 1Lby3L 1Lby2L Tempo(Q) Temperatura(Q) (1)Tempo(L) razão L/S(Q) 2Lby3L (2)Temperatura(L) (3)razão L/S(L)
Efeitos padronizados (valor de tcalc)
Figura 5 – Diagrama de Pareto para polifenóis totais.
Os gráficos de superfície de resposta são mostrados na Figura 6. De acordo com o item (a) da Figura 6, a elevação da temperatura resulta em um aumento no teor de polifenóis totais. Makino et al. (2009) verificaram efeito semelhante na extração de polifenóis da casca de árvores tropicais, usando água como solvente. Segundo Jerez et
al. (2006), a elevação da temperatura favorece a extração, aumentando a solubilidade do
soluto e também o coeficiente de difusão. O aumento da razão L/S também provoca um aumento no teor de polifenóis totais (Figura 6, item b). Anastácio & Carvalho (2013), em um estudo de seleção de fatores chave para a extração de fenólicos da casca de batata doce, observaram que a razão L/S possui uma forte influência positiva na extração. Já o tempo de contato não teve um efeito importante no domínio estudado.
Figura 6 - Superfícies de resposta para o teor de polifenóis totais (% em casca) a) em função da temperatura e do tempo (razão L/S = 17,5:1); b) em função da razão L/S e do tempo (temperatura = 65oC); c) em função da razão L/S e da temperatura (tempo = 105 min).
Com relação à interação entre as variáveis temperatura e razão L/S, verifica- se através do item (c) da Figura 6 que pode ser obtido um teor de polifenóis totais de aproximadamente 7 mg/100 mg casca com uma temperatura de 100°C e razão L/S 20:1 ou diminuindo a temperatura para 80°C e elevando a razão L/S para 30:1. O custo da energia elétrica gasta na extração com estas duas temperaturas, mantendo a relação com a razão L/S foi calculado com as equações descritas a seguir.
Q = m Cp T + 0,1 HH2O m t (5)
Onde, Q é a quantidade de calor (J), m é a massa de água usada na extração (Kg), Cp é o
calor especifico da água (J/ Kg. K), T é a variação da temperatura (K), HH2O é a
entalpia da água (J/Kg) e t é o tempo de extração (h).
Custo = Cons. Ta (6) Onde, Cons. é o consumo de energia elétrica do processo de extração (KW. h) e Ta é a tarifa de energia elétrica industrial do estado do Ceará (R$/ KW. h).
Primeiramente, foi calculada a quantidade de calor necessária para aquecimento e manutenção da temperatura do processo de extração nas temperaturas de 80 e 100°C, considerando uma massa de casca a ser extraída de 100 Kg, e mantendo a razão L/S de 30:1 na temperatura de 80°C (condição 1) e 20:1 com 100°C (condição 2), ou seja, na extração com aquecimento a 80°C utilizou-se 3000 Kg de água e na extração com 100°C foi usado 2000 Kg de água. O tempo de extração utilizado no cálculo foi de uma hora.
Após obter a quantidade de calor do processo nas duas condições de extração (Tabela 10), os valores que estavam em (J) foram convertidos para (KW. h) e depois foi calculado o custo em R$, usando a Equação 5, considerando a tarifa de energia elétrica de 316,5 R$/MW. h (ANEEL, 2012).
Tabela 10 – Quantidades de calor e respectivos custos em determinadas condições de extração.
Condição de extração Quantidade de calor (KJ) Custo de energia elétrica (R$)
1 (T =80°C; razão L/S = 30:1) 791160 69,44
2 (T =100°C; razão L/S = 20:1) 711720 62,47
*Cálculos para tempo de extração de uma hora.
De acordo com a Tabela 10, pode ser observado que a condição de extração 2 (T =100°C; razão L/S = 20:1; t = 1h) apresentou um custo de energia elétrica 11% menor que a condição 1. Sendo assim, esta condição foi considerada a mais adequada para extração de polifenóis totais.