Separação de compostos bioativos para a indústria farmacêutica por leito móvel simulado

Mestrado em Engenharia QuímicaNos últimos anos tem-se observado uma procura crescente de produtos naturais e de origem renovável, o que tem promovido uma investigação intensiva nas áreas alimentar, farmacêutica e da biorrefinaria em geral. Pode mencionar-se o interesse das indústrias nutracêutica e farmacêutica em compostos naturais para fins terapêuticos, e o desenvolvimento e implementação de métodos mais eficientes de separação e purificação. Nesta dissertação estudou-se o isolamento dos ácidos betulínico, oleanólico e ursólico por técnicas cromatográficas, mais especificamente por leito móvel simulado (SMB). São ácidos triterpénicos presentes na natureza, podendo ser extraídos de cascas, folhas e frutas de espécies vegetais, e apresentam propriedades biológicas reconhecidas. No entanto, a sua separação é complexa devido à sua semelhança estrutural. Neste momento está a ser montada uma unidade de SMB no laboratório do Grupo EgiChem (CICECO, UA), sendo necessário realizar ensaios preliminares para selecionar as fases móvel e estacionária mais adequadas, bem como otimizar as suas condições de operação. Para isso, analisou-se a influência do par solvente/adsorvente na separação destes ácidos triterpénicos através da medição de solubilidades, seletividades e coeficientes de transferência de massa. Foram testadas três colunas analíticas C18 (octadecil) de vários fabricantes e com tamanhos de partícula diferentes (Apollo, Spherisorb S10 e Spherisorb S5), totalizando-se 78 experiências e todas com repetições. Verificou-se que os melhores resultados foram obtidos com a coluna Apollo e que a mistura acetonitrilo/metanol 50/50 (%, v/v) era a mais eficaz para separar os ácidos betulínico e oleanólico. A presença de acetonitrilo na fase móvel melhorou a separação do ácido betulínico dos restantes ácidos, mas prejudicou a separação dos ácidos oleanólico e ursólico. A partir deste momento a dissertação focou-se no isolamento dos ácidos betulínico e oleanólico, realizando-se experiências de curvas de rutura para obter os parâmetros do processo. Determinaram-se experimentalmente as isotérmicas de adsorção com a coluna Apollo e a mistura acetonitrilo/metanol 50/50 (%, v/v), utilizando-se o método de adsorção-dessorção. As constantes de equilíbrio linear dos ácidos betulínico e oleanólico foram: HBA=1.93 e HOA=2.09, respetivamente. Para além disso efetuou-se a modelação das curvas de rutura com a equação de Klinkenberg, aplicável a sistemas lineares, obtendo-se as constantes de equilíbrio e os coeficientes globais de transferência de massa de LDF (modelo da força diretriz linear) seguintes: para o ácido betulínico, HBA=2.24 e KLDF.BA=8.81 min-1; para o ácido oleanólico HOA=2.36 e KLDF.OA=31.5 min-1. Por fim, simulou-se a separação da mistura de ácidos betulínico e oleanólico numa unidade de SMB com configuração 2-2-2-2, usando o enchimento da coluna Apollo, a fase móvel acetonitrilo/metanol 50/50 (%, v/v) e os parâmetros de equilíbrio e cinéticos otimizados atrás. Os resultados mostraram que o sistema assim especificado é capaz de produzir os dois compostos com purezas superiores a 99 %.In recent years there has been a growing demand for natural products and renewable sources, which has promoted intensive research in the areas of food, pharmaceuticals and biorefinery in general. Specifically, the nutraceutical and pharmaceutical industries are interested in natural compounds for therapeutic purposes and subsequently in the development and implementation of more efficient separation and purification methods. In this dissertation the isolation of betulinic, oleanolic and ursolic acids was studied by chromatographic techniques, more specifically by simulated moving bed (SMB). These compounds are triterpenic acids present in nature; they can be extracted from bark, leaves and fruits of plant species, and have proven biological properties. However, their separation is difficult because of their structural similarity. Currently, an SMB unit is being assembled in the laboratory of the EgiChem Group (CICECO, UA); it is necessary to carry out preliminary tests to select the most suitable mobile and stationary phases, and to optimize its operating conditions. For this, the influence of the solvent/ adsorbent pair on the separation of these triterpenic acids was analyzed through the measurement of solubilities, selectivities and mass transfer coefficients. Three C18 (octadecyl) analytical columns from different manufacturers and with different particle sizes (Apollo, Spherisorb S10 and Spherisorb S5) were tested, totalizing 78 experiments; they were all duplicated. The best results were obtained with the Apollo column and the 50/50 acetonitrile/methanol mixture (%, v/v) was the most effective for separating betulinic and oleanolic acids. The presence of acetonitrile in the mobile phase improved the separation of betulinic acid from the remaining acids but hampered the separation of oleanolic and ursolic acids. From this moment, the dissertation focused on the isolation of the betulinic and oleanolic acids, performing breakthrough experiments to obtain the process parameters. The adsorption isotherms were determined experimentally with the Apollo column and the 50/50 acetonitrile/methanol mixture (%, v/v), using the adsorptiondesorption method. The linear equilibrium constants of betulinic and oleanolic acids were: HBA=1.93 e HOA=2.09, respectively. Moreover, the Klinkenberg equation was applied to linear systems, obtaining the equilibrium constants and the global linear mass transfer coefficients (LDF) as follows: betulinic acid HBA=2.24 e KLDF.BA=8.81 min-1; for oleanolic acid HOA=2.36 e KLDF.OA=31.5 min-1.Finally, the separation of the mixture of betulinic and oleanolic acids in a SMB unit of 2-2-2-2 configuration was simulated using the Apollo column packing, the mobile phase acetonitrile/ methanol 50/50 (%, v/v) and the optimized equilibrium and kinetic parameters above. The results showed that a system with these specifications is capable of separating the two compounds with purities greater than 99%