Extraction of Dipteryx odorata (Aubl.) Willd. coumarin-rich seed oil using high-pressure trending technology

Orientador: Prof. Dr. Marcos Lúcio CorazzaTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos. Defesa : Curitiba, 17/02/2021Inclui referências: p. 81-92Resumo: Este estudo relata a extração de óleo de sementes de cumaru por técnicas de propano comprimido (CP), líquido expandido com CO2 (CXL), extração líquida pressurizada (PLE), bem como a sua concentração de cumarina, concentração de fenólicos totais (TPC), atividade antimicrobiana e atividade antioxidante (AA). Na primeira parte, as extrações de CP foram realizadas variando a temperatura (20, 40, 60 °C), pressão (2, 6, 10 MPa) e tamanho médio de partícula (PS) (2, 1,7, 1,0 e 0,5 mm). Os resultados mostraram que 98% do óleo total contido nas sementes pode ser recuperado a 60 °C a10 MPa e quando o PS era de 0,5 mm. Na segunda parte da extração, o desenho experimental do CXL foi realizado com 2 mm de PS variando a temperatura de 40 a 80 ° C e a pressão entre 15 a 25 MPa. O efeito do CO2 na condição supercrítica com o acetato de etila (scCO2+EtOAc) foi exibido de 28 a 31% do óleo de semente de cumaru, não mudou significativamente sob o planejamento experimental. O rendimento total de 37,20% (óleo e cumarina) sob delineamento experimental foi obtido por CO2 na condição supercrítica em adição com etanol (scCO2+EtOH) a 25 MPa/80 ºC. Para otimizar, a extração foi aplicado uma extração sequencial nas melhores condições de scCO2+EtOAc e scCO2+EtOH, em que 43,96% (2 estágios) e 56,45% (3 estágios) foram alcançados, respectivamente. Em outras palavras, a eficiência de extração foi de 100,85 e 119,59%, respectivamente, em comparação às extrações de Soxhlet com acetato de etila e etanol. Na última seção de extração, foram realizados PLE com etanol em 180 min, variando a temperatura (60, 80 e 100 °C) e fixando o PS (2 mm) e a pressão (10 MPa). Os resultados exibiram uma eficácia de 114,19% na temperatura de 100 °C em comparação com Soxhlet com etanol (S+EtOH). Pela primeira vez, o comportamento da cumarina foi avaliado durante as extrações de alta pressão. Empregando CP e scCO2+EtOAc a cumarina apresentou o mesmo comportamento de curva que o óleo, determinando a forte ligação entre o óleo e a cumarina. Com o uso de scCO2+EtOH e PLE+EtOH a extração da cumarina começou com alto valor, depois se estabilizou e no final o CO2 voltou a aumentar os valores de cumarina. No caso do scCO2+EtOH na extração sequencial foi obtido 3% de cumarina; e foi observado uma separação clara entre o óleo e a cumarina devido a que ambos solventes serem mais seletivos para cumarina. O perfil de ácidos graxos indicou que o óleo obtido por extrações em alta pressão é mais rico em ácidos graxos insaturados. Atividade antimicrobiana foi encontrada contra Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus e Escherichia coli. Além disso, AA e TPC aumentaram com o aumento da concentração de cumarina e todas as atividades foram influenciadas pela concentração de cumarina (0,11-3,00% em peso em óleo). Os resultados mostram que os óleos podem ser utilizados em diferentes aplicações, bem como nas indústrias alimentícia, farmacêutica, nutracêutica, química e de materiais, dependendo da concentração necessária de cumarina.Abstract: This study reports the oil extraction from cumaru seeds by compressed propane (CP), CO2-expanted liquid (CXL) and pressurized liquid extractions (PLE) techniques and their content of coumarin, total phenolic content (TPC), antimicrobial activity and antioxidant activity (AA). In the first part, CP extractions were performed varying temperature (20, 40, 60 °C), pressure (2, 6, 10 MPa), and average particle size (PS) (2, 1.7, 1.0, and 0.5 mm). Results showed that 98% of total oil contained in the seeds can be recovered at 60 °C/10 MPa, and 0.5 mm of PS. In the second extraction part, the experimental design of CXL were carried out at 2 mm of PS varying from 40 to 80 °C the temperature and from 15 to 25 MPa the pressure. The effect of CO2 on supercritical condition plus ethyl acetate (scCO2+EtOAc) displayed from 28 to 31% of cumaru seed oil, not change significantly under the experimental design. The overall yield 37.20% (oil and coumarin) under experimental design was obtained by CO2 on supercritical condition plus ethanol (scCO2+EtOH) at 25 MPa and 80 ºC. To optimize, sequential extraction were applied under better conditions on scCO2+EtOAc and scCO2+EtOH, in which 43.96 (2 stages) and 56.45% (3 stages) were achieved, respectively. In others words, the extraction efficient were 100.85 and 119.59%, respectively, compared to Soxhlet with ethyl acetate and ethanol. In the last extraction section, Pressurized liquied extraction with ethanol (PLE+EtOH) were performed in 180 min, fixed the PS (2 mm), pressure (10 MPa) and varying the temperature (60, 80 and 100 °C). Results exhibited an effency of 114.19% at 100 °C compared to Soxhlet with Ethanol (S+EtOH). For first time, the behavior of coumarin was evaluated during the high-pressure extractions. Employing CP and scCO2+EtOAc the coumarin presented the same curve behavior than the oil, determining the strong ligation between the oil and the coumarin. While using scCO2+EtOH and PLE+EtOH the coumarin extraction started with high value, after that were stabilized and at the end the CO2 increase the coumarin values again. In the case of the scCO2+EtOH in sequential extraction 3% or coumarin in oil was obtained; and clear separation between the oil and the cumarin due to both solvents are coumarin selective was observed. Fatty acid profile indicated that the oil obtained by high-pressure extractions is richer in unsaturated fatty acids. Antimicrobial activity was found against Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus, and Escherichia coli. In addition, AA and TPC increased with increasing coumarin content and all activities were influenced by the coumarin content (0.11-3.00 wt% in oil). There results show that oils might use to different applications of food, pharmaceutical, nutraceutical, chemical and materials industries depending on the concentration required.Resumen: Este estudio reporta la extracción de aceite de semillas de cumarú mediante técnicas de extracción de propano comprimido (CP), líquido expandido con CO2 (CXL) y líquido presurizado (PLE), así como también su contenido de cumarina, fenólicos total, actividad antimicrobiana y actividad antioxidante (AA). En la primera parte, las extracciones con CP se realizaron variando la temperatura (20, 40, 60 °C), la presión (2, 6, 10 MPa) y el tamaño de partícula promedio (PS) (2, 1.7, 1.0 y 0.5 mm). Los resultados mostraron que el 98% del aceite total contenido en las semillas se puede recuperar a 60 °C/10 MPa y con 0.5 mm de PS. En la segunda parte de extracción, el diseño experimental de CXL se realizó usando 2 mm de PS variando de 40 a 80 °C la temperatura y de 15 a 25 MPa la presión. El efecto del CO2 sobre la condición supercrítica más acetato de etilo (scCO2+EtOAc) mostró es es capaz de extraer de 28 a 31% de aceite de semilla de cumarú: no observando cambió significativamente en el diseño experimental. El mayor rendimiento global 37,20% (aceite y cumarina) bajo diseño experimental se obtuvo mediante CO2 en condición supercrítica más etanol (scCO2+EtOH) a 25 MPa/80 ºC. Para optimizar la extracción, se aplicó extracción secuencial en las mejores condiciones sobre scCO2+EtOAc y scCO2+EtOH, en los que se lograron 43.96 (2 etapas) y 56.45% (3 etapas), respectivamente. En otras palabras, las eficientes de extracción fueron de 100.85 y 119.59%, respectivamente, en comparación con las extracciones de Soxhlet con acetato de etilo y etanol. En la última sección de extracción, se realizaron extracciones con PLE + etanol en 180 min, se fijarron la PS (2 mm), presión (10 MPa) y sé varió la temperatura (60, 80 y 100 °C). Los resultados mostraron una eficacia del 114.19% a 100 °C en comparación con Soxhlet con etanol (S+EtOH). Por primera vez se evaluó el comportamiento de la cumarina durante las extracciones a alta presión. Empleando CP y scCO2+EtOAc la cumarina presentó el mismo comportamiento de curva que el aceite, determinando la fuerte ligadura entre el aceite y la cumarina. Al usar scCO2+EtOH y PLE+EtOH la extracción de cumarina comenzó con valor alto, luego se estabilizó y al final el CO2 volvió a aumentar los valores de cumarina. En el caso del scCO2+EtOH en extracción secuencial se obtuvo 3% de cumarina; y se observó una clara separación entre el aceite y la cumarina debido a que ambos disolventes son selectivos a la cumarina. El perfil de ácidos grasos indicó que el aceite obtenido por extracciones a alta presión es rico en ácidos grasos insaturados. Se encontró actividad antimicrobiana contra Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus y Escherichia coli. Además, se observó altos valores de AA y TPC, los cuales aumentaron al incrementar el contenido de cumarina (0.11-3.00%). Los resultados muestran que los aceites pueden utilizarse para diferentes aplicaciones de las industrias alimentaria, farmacéutica, nutracéutica, química y de materiales, según la concentración requerida