RELATÓRIO 8 - EXTRAÇÃO DE PIGMENTOS DE BIXA ORELLANA LINN.

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FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL RONDÔNIA NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA PROFESSOR: Dr. Wilson Sacchi Peternella DISCIPLINA: Química Orgânica Experimental – Aula prática nº 8 / 2018.1

EXTRAÇÃO DE PIGMENTOS DE BIXA ORELLANA LINN (URUCUM)

GRUPO : 2 1 2 2 3 4

Aluno: Bianca da Silva Pansonato Caroline Valois Edlene Maia Lenice Ferreira Teixeira Nathália Ap. Costa Pereira

PORTO VELHO – RO Maio / 2018

Matrícula: 201520549 201421025 201621047 200821025 201421111

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INTRODUÇÃO A Bixina é o carotenoide mais utilizado pela indústria alimentícia. É extraída

convencionalmente das sementes do urucum (Bixa orellana L.) por meio de soluções alcalinas ou solventes orgânicos. Estes métodos de extração produzem bixina de baixa pureza e possuem a desvantagem de produzir resíduos tóxicos. Uma vez que aumentou significativamente a demanda por corantes naturais em substituição aos sintéticos utilizados na indústria alimentícia, torna-se necessária a busca por novas e mais eficientes formas de extrair os corantes naturais. [5] As sementes de urucum são obtidas a partir do fruto do urucuzeiro, planta nativa da América do Sul e Central. Em cada fruto de estrutura de bolsa, protegida por uma espécie de espinho, possuem aproximadamente 50 sementes, envoltas por arilo, o que garante seu poder de tingimento. Essas sementes são utilizadas há muitos anos por índios brasileiros em suas pinturas corporais por ser um ótimo corante natural. [4] A bixina é o pigmento natural da semente do urucum (Bixa orellana L.), representando mais de 80% dos carotenoides presentes. A partir dela, são obtidos os demais pigmentos, como norbixina, sal de norbixina e produtos de degradação térmica. O urucum (Bixa orellana) é um fruto tipicamente Amazônico, tendo uma gama de aplicações, as quais abrangem os setores têxtil, de alimentos e também na medicina. De todos os corantes naturais, ele ocupa lugar de destaque, totalizando aproximadamente 70 % de todos os corantes utilizados no mundo. [3] Em geral, o Urucum é utilizado como corante de produtos alimentícios como manteiga, embutidos, queijos, sorvetes, refrigerantes entre outros. O Urucum também tem aplicações na indústria farmacêutica, têxtil e de cosméticos. A utilização do Urucum como corante alimentício teve bastante êxito devido à instabilidade dos corantes sintéticos em realizar esta função. É por este motivo que, por possuir uma cor muito atrativa para os consumidores, o corante do Urucum vem sendo muito utilizado para esta finalidade. [1]

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FUNDAMENTAÇÃO TEORICA A Amazônia é detentora da maior biodiversidade do mundo. Além disso, sua

extensão territorial é imensa, abrangendo vários ecossistemas diferentes, cada um com sua riqueza natural. Desta forma, possui potencial tecnológico ainda não explorado imensurável. Um destes frutos, o urucum, é tipicamente amazônico e possui inúmeras aplicações, como na medicina e na indústria de alimentos. Uma forma ainda não muito explorada em larga escala é a sua utilização no setor de tintas. Os produtos originados da indústria de tintas têm uma gama de funções na sociedade atual, se tornando indispensáveis para a proteção de superfícies e na preservação de vários tipos de estruturas, os quais estariam sujeitos à ação das intempéries caso contraria. [1] Além disso, a indústria de alimentos utiliza corantes sintéticos ou naturais para melhoria da qualidade do insumo em questão. Nesse aspecto, os corantes naturais exercem grande potencial, tendo em vista sua menor toxicidade e o baixo custo de produção em frente aos corantes sintéticos. Os corantes naturais são empregados na coloração de alimentos desde a antiguidade. [3] Dentre estes corantes naturais, o mais utilizado pela indústria mundial é o urucum, que abrange 70% de todos os corantes naturais. No Brasil, seu uso alcança até 90% dos corantes naturais. O urucum é utilizado principalmente para colorir manteigas, queijos, produtos de panificação, e também na coloração de alimentos originalmente incolores, tornando-os mais agradáveis ao consumidor. [2] O urucueiro (Bixa orellana L.) é uma planta nativa da América Tropical. Suas sementes são cobertas por uma resina vermelha que contém como pigmento principal o carotenóide bixina, sendo também o pigmento predominante nas preparações lipossolúveis. Tendo em vista a toxicidade inerente aos pigmentos inorgânicos mais utilizados na indústria de tintas, tais como o dióxido de titânio, os quais precisam ser tratados por meios que acabam por encarecer o setor, torna-se importante o uso de matérias-primas mais adequadas do ponto de vista ambiental. Desta forma, a extração do pigmento orgânico fornece uma via alternativa na produção de tintas por meio do corante natural urucum, analisando a viabilidade econômica, técnica e ambiental no presente escopo. [3] Vindo do tupi o “URU-KU”(transliteração)significa vermelho, motivo: a coloração de suas flores e sementes. Bixa Orellana é o nome científico desta planta

que também é conhecida como Tintória Coloral, Bixa, Falso-açafrão, Açafroa, Achiote, entre outros... São dessas sementinhas que se obtem o colorau, tempero corante muito utilizado na culinária a fim de dar cor aos alimentos. [4]

2.1

PIGMENTOS E CONSTITUINTES

A extração por solventes pode ser feita por três métodos: a extração alcalina, utilizando uma solução de hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio; extração com óleo (de soja ou milho) e a extração por meio de solventes orgânicos, entre eles clorofórmio, etanol, acetona e propilenoglicol. [3] A cis-bixina é um éster monometílico do ácido dicarboxílico alfa-norbixina pouco solúvel em óleo. É o principal componente do pigmento característico do Urucum, representando cerca de 80% de todos os carotenoides no fruto. Da bixina, são obtidos outros pigmentos do Urucum, como a norbixina, que é lipossolúvel e o sal da norbixina (hidrossolúvel), além dos produtos de degradação térmica. Além da bixina e da norbixina, outros constituintes químicos como os flavonoides: glucosídeo de apigenina, bisulfato de apigenina e hipoaletina também podem ser encontrados na planta. Além disso ácido gálico, ácido alfitólico, óleo essencial, diterpenos (geraniol, geranil), e vestígios de alcaloides também fazem parte da constituição. [2] Os carotenoides são substâncias coloridas distribuídas em plantas e também responsáveis pela coloração amarela, laranja e vermelha de flores, frutos e folhas. Alguns, como a luteína, violaxantina, neoxantina, beta-caroteno são encontrados na natureza. Outros já são restritos a algumas plantas como o licopeno, a bixina e a capsantina. [3] O urucum (Bixa orellana L.) é um arbusto característico da floresta amazônica de várzea, cujas sementes produzem um pigmento avermelhado, dependendo de sua concentração em solução. Nativo da parte tropical sul-americana, seus frutos são usados como ingredientes alimentícios há séculos. Este corante existe nas formas hidrossolúvel e lipossolúvel, podendo ser empregado em grande número de produtos alimentícios. Seu baixo custo de produção e baixa toxicidade fazem dele um pigmento muito atrativo e conveniente, em substituição a corantes sintéticos. O corante de urucum é bastante utilizado na indústria alimentícia, mais particularmente em lácteos e carnes. O êxito de uso no setor é devido à comparativa instabilidade dos corantes sintéticos nestas aplicações. Também pode ter utilizações não alimentícias como remédios, vernizes,

corantes, ceras para madeira, tinta para tecidos, couros e fibras em geral. O principal pigmento do urucum é a bixina, que está contida no revestimento externo da própria semente (pericarpo). A bixina foi isolada pela primeira vez por Boussingault em 1825. Sua fórmula molecular é (C25H30O4) e apresenta-se convencionalmente de duas formas (Figura 1): a bixina, lipossolúvel, e a norbixina, que é hidrossolúvel. [5]

O sal da norbixina é hidrossolúvel, porém pode ser tornado lipossolúvel por precipitação ácida. A oxidação é a principal reação que ocorre no extrato do Urucum, e depende de fatores como temperatura, luminosidade e disponibilidade de oxigênio no meio. Apesar de ser um corante com características inerentes aos carotenoides, o Urucum é considerado muito estável, se comparado a outros corantes naturais. A bixina e a norbixina, podem estar presentes em uma extração, tanto na forma cis como na forma trans. O sal da norbixina é obtido pela extração alcalina dos pigmentos da semente de urucum, utilizando hidróxido de sódio ou de potássio. O produto dessa extração é o mais utilizado para aplicações em produtos aquosos. [3]

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OBJETIVO Realizar a extração de pigmentos de Bixa orellana linn (Urucum) e determinar o

teor de norbixina na amostra comercial.

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METODOLOGIA

4.1

MATERIAL

Béquer 500 mL

Agitador magnético

NaOH 5%

Barra magnética

HCl conc.

Peneira (separar as sementes)

Sementes de B. orellana L.(Urucum)

Funil

Água destilada

Bomba de vácuo

Papel de filtro

Vidro relógio

Bastão de Vidro

Fitas medidora de pH

4.2

PROCEDIMENTO Inicialmente em um béquer de 500 mL, adicionou-se uma amostra de

aproximadamente 40,0 g de semente de Bixa orellana L. (Urucum) que foi adquirida no comércio local na cidade de Porto Velho em 15 de Abril de 2018 e em seguida foi

adicionado 240 mL de uma solução de hidróxido de sódio a 5%. A mistura ficou agitando por 45 min a temperatura ambiente (28ºC). Depois de decorrido o tempo de reação, a solução foi filtrada para a retirada das sementes e em seguida adicionou-se HCl concentrado até que se atingiu um pH próximo de 4. A solução obtida foi filtrada a vácuo e o precipitado (Norbixina) foi seco por 24 horas a temperatura ambiente. Logo após pesou-se e verificou-se o rendimento da Norbixina produzida.

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RESULTADO E DISCUSSÃO Para a realização da extração do corante norbixina proveniente das sementes de

urucum foi necessário realizar uma hidrólise alcalina que também é conhecida por reação de saponificação. A reação de saponificação ocorre quando um éster em solução aquosa de base inorgânica origina um sal orgânico e álcool. A equação a seguir demostra esse processo:

Éster + base forte → sabão + glicerol

Esta técnica é bastante interessante, porque a “bixina é insolúvel em água, e sofre saponificação formando um sal, o norbixato de sódio” [6]. Como pode ser observado na equação abaixo:

FIGURA 2: Estrutura da Bixina e Norbixato

Assim que o “norbixato de sódio é tratado com HCl, o íon carboxilato é protonado, logo formando a norbixina insolúvel em meio aquoso”[6]. Veja a seguir a formação da norbixina:

FIGURA 3: Estrutura do Norbixato e da Norbixina

A partir dessa insolubilidade fica fácil a sua extração por meio de uma filtração simples utilizando o funil e uma bomba de vácuo para acelerar o procedimento. Também é possível realizar a filtração somente com o suporte, funil e o papel filtro, porém o precipitado formado é tão pequeno que adentra nos poros do papel filtro e assim prolonga o processo de filtragem.

Para a obtenção da Norbixina inicialmente utilizou-se 40,16g da semente de B. orellana em 240 mL de NaOH a 5%, após o tempo decorrido no agitador magnético foi realizado a separação da semente com a solução, obteve-se 500 mL do líquido composto por Norbixato de sódio, caracterizado por uma coloração vermelho-tijolo, em seguida foi adicionado o HCl concentrado até que se atingiu um pH = 3 e foi possível observar o precipitado composto por Norbixina sendo formado. Para realização da filtração utilizando a bomba de vácuo foi pesado o papel filtro (1º filtraçãopapel

filtro

= 1,18g),

lembrando que foi realizada duas filtrações, sendo a segunda filtração realizada com o sobrenadante filtrado da primeira (2º filtraçãopapel

filtro

= 1,17g). De acordo com a

extração das sementes foram obtidos os seguintes resultados de rendimento: Massa da Norbixina + papel filtro (1ºfiltração) após a secagem na estufa: m = 5,139g Massa da Norbixina obtida durante a 1º filtração: m = 3,959g Massa da Norbixina + papel filtro (2º filtração) após a secagem na estufa: m = 1,402g Massa da Norbixina obtida durante a 2º filtração: m = 0,232g Massa total de Norbixina obtida durante as filtrações: m = 4,191g

40,16 g de sementes --------------- 100% 4,191g de Norbixato --------------- x

X= 10,47% de Norbixato.

Da massa de pigmento existente, 80% são constituídos por um carotenóide denominado bixina, que tem propriedade corante, podendo ser extraído por processos mecânicos através de atrição e raspagem das sementes, por extração em óleos vegetais ou bases químicas ou, mais recentemente, com CO2 supercrítico [7]. Os restantes 20% da massa de revestimento das sementes são compostos por outros corantes e substâncias inertes de menor importância. Sabe–se que tem registrado na literatura uma concentração média de bixina nas sementes de urucum variando entre 1,2-2,3%.

Pensando nesse valor observa-se que o rendimento obtido foi acima do esperado. Porém, segundo (São José et al., 2003)[8] dependendo da espécie cultivada, do clima e solo da região, o teor de bixina pode variar de 1% a 6%. Para cultivos comerciais, utilizam-se cultivares com, no mínimo, 2% de bixina. Índices menores tornam a comercialização economicamente impraticável. Foi realizada uma nova secagem da mesma amostra por aproximadamente 3 horas, levando em conta que o valor de rendimento deu elevado por não ter secado totalmente a amostra obtida. Abaixo o rendimento obtido depois da segunda secagem: Massa da Norbixina + papel filtro (1ºfiltração) após a 2º secagem na estufa: m = 4,160g

Massa da Norbixina obtida durante a 1º filtração: m = 2,98g Massa da Norbixina + papel filtro (2º filtração) após a 2º secagem na estufa : m = 1,220g

Massa da Norbixina obtida durante a 2º filtração: m = 0,05g Massa total de Norbixina obtida durante as filtrações: m = 3,03g

40,16 g de sementes --------------- 100% 3,03g de Norbixato --------------- x

X= 7,57 % de Norbixato.

Com o resultado encontrado nessa segunda secagem pode-se dizer que esse método utilizando NaOH na extração coincide com os dados da literatura [3].

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CONCLUSÃO Conclui-se que foi possível extrair a Norbixina a partir das sementes de Bixa

orellana linn (urucum). A extração com NaOH é um procedimento rápido, de fácil execução e baixo custo, podendo ser realizado no ensino médio. Esse métodos para extração da norbixina utilizando o NaOH obteve um rendimento alto e esperado de acordo com a literatura.

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REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

[1]. ARAUJO. J. M. A. Química de Alimentos: Teoria e Prática. 3a ed. Viçosa. UF, 2004. [2]. Disponível em: http://www.scielo.br/pdf/eta/v29n4/27.pdf. Acesso em: 20 de Maio de 2018 [3]. COSTA, C.L.S.; CHAVES, M.D. Extração de pigmentos das sementes de bixa orella L.: uma alternativa para disciplinas experimentais de química orgânica. Química Nova. V.28, n.1, 2005. [4]. Disponível em: http://cruda.com.br/blog/urucum-o-pigmento-vivo. Acesso em: 20 de Maio de 2018. [5]. Disponível em: http://www.peteq.feq.ufu.br/jorneq/anais2014/trabalhos/T122.pdf. Acesso em: 20 de Maio de 2018. [6]. Silva, P. I.; Nachtigall, A. M.; Stringheta, P DO. C. Fatores que influenciam a reação de saponificação dos carotenóides presentes no urucum (Bixa orellana L.). Ciência e agrotecnologia 2009, 33, 1892. [7]. SILVA, G. F. Extração de Pigmentos de Urucum com CO2 Supercrítico. FEA/UNICAMP, Campinas, SP, 1999, 138 p. [8]. SÃO JOSÉ, A. R.; LOPES, J. D. S. Cultivo de Urucum e Produção de Corantes Naturais. Viçosa, MG: CPT, 2003, 164 p.