Extraction of anthocyanins from jabuticaba (Myrciaria cauliflora) byproduct using pressurized liquid and supercritical fluid : chemical characterization, economic evaluation and mathematical modeling

Resumo: Atualmente, o conhecimento científico sobre a utilização de produtos naturais com propriedades funcionais, a exigência do consumidor quanto à qualidade dos alimentos, bem como ações legislativas para redução do uso de corantes sintetizados quimicamente têm propiciado o aumento da utilização de corantes naturais. Dentre estes, as antocianinas constituem pigmentos aquosolúveis responsáveis pelas principais cores encontradas na natureza, podendo variar desde o laranja, vermelho, violeta até o azul. Antocianinas são moléculas polares derivadas do cátion flavilion (C6-C3-C6) constituindo um importante subgrupo dos flavonóides. As principais propriedades biológicas atribuídas às antocianinas são atividade: antiinflamatória, anticarcinogênica e antioxidante. Diversos métodos de extração têm sido utilizados na obtenção de antocianinas. A extração supercrítica apresenta vantagens consideráveis sobre os métodos convencionais: o solvente é facilmente removido do soluto; utiliza pouco ou nenhum solvente orgânico; possibilita uma rápida extração; e, por fim, opera a baixas temperaturas favorecendo a extração de produtos voláteis e termolábeis. Este trabalho visou estudar o processo de extração supercrítica de antocianinas otimizando as diversas etapas do processo através de ensaios experimentais, simulação e comparação com outro(s) método(s) de extração. Inicialmente fez-se a caracterização da matéria-prima a qual apresentou altos teores de proteínas, carboidratos e fibras. As extrações via extração com fluido supercrítico (SFE ¿ supercritical fluid extraction) e extração com líquido pressurizado (PLE ¿ pressurized liquid extraction) utilizaram etanol, isopropanol e água como co-solvente e solvente, respectivamente. A composição dos extratos foi avaliada por espectrofotometria apresentando altos teores de fenólicos, flavonóides, antocianinas e atividade antioxidante em relação aos dados da literatura. Os melhores rendimentos de compostos fenólicos, flavonóides e atividade antioxidante foram obtidos por SFE utilizando co-solventes alcoóis. Já com relação ao teor de antocianinas houve pouca diferença entre os métodos PLE e SFE os quais atingiram melhores resultados utilizando água e alcoóis como solvente e co-solventes, respectivamente. De acordo com os resultados de tempo de retorno e custo de manufatura ambos os métodos de extração foram economicamente viáveis para a produção de extrato bruto de subproduto de jabuticaba. Os menores custos foram obtidos nas condições que apresentaram maior rendimento de extração e nas células extratoras de maior capacidade volumétrica. O estudo dos parâmetros cinéticos indicam que os melhores resultados foram obtidos utilizando alta vazão de solvente para ambos os processos SFE e PLEAbstract: Currently, scientific knowledge about the use of natural products with functional properties, the consumer demand for quality food, as well as legislative action to reduce the use of chemically synthesized colorants have prompted an increasing use of natural colorants. Among these, anthocyanin are water-soluble pigments responsible for main colors found in nature ranging from orange, through red and violet to blue. Anthocyanins are polar molecules derived from the flavilium cation (C6-C3-C6) constituting an important subgroup of flavonoids. The main biological properties of anthocyanins are activity: anti-inflammatory, anticarcinogenic and antioxidant. Several extraction methods have been used to obtain anthocyanins. Supercritical fluid extraction has considerable advantages over conventional methods: the solvent is easily removed from the solute; uses little or no organic solvent, enables a rapid extraction and, finally, operates at low temperatures favoring the extraction of volatile and thermolabile compounds. This work aims to study the process of supercritical extraction of anthocyanins optimizing the various steps of the process through experimental testing, simulation and comparison with other(s) extraction method(s). Initially it was made the characterization of raw material which showed high levels of protein, carbohydrates and fiber. The extractions were carried out via SFE and PLE using ethanol, isopropanol and water as co-solvent and solvent, respectively. The extracts composition was evaluated by spectrophotometry showing high levels of phenolics, flavonoids, anthocyanins and antioxidant activity (%AA) with respect to the literature data. The highest phenolics and flavonoids content and %AA were obtained by SFE using alcohols as co-solvent. On the other hand, anthocyanins content achieve the best results using water and alcohols as a solvent and co-solvents, respectively. According to payback time and cost of manufacturing results both extraction methods were economic feasible to the production of crude extract from jabuticaba byproduct. The higher the extraction yield and extraction vessel capacity the lower the cost of manufacturing. The study of the kinetic parameters shows the best results were achieved at higher solvent mass flow for both extraction method