yerba mate orgánica, composición,brasil.pdf

UNfVERSIDADE-FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE QUMICA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM QUMICA

CARACTERIZAO QUMICA DA ERVA MATE (1lex paraguariensis): APLICAO DE DIFERENTES

PROCESSOS DE EXTRAO E INFLUNCIA DAS CONDiES DE PLANTIO SOBRE A COMPOSiO

QUMICA

ROSNGELA ASSIS JACQUES Tese de Doutorado

PORTO ALEGRE

OUTUBRO 2005

-UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL lNSTITUTO DE QUMICA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM QUMICA

CARACTERIZAO QUMICA DA ERVA MATE (1lex paraguariensis): APLICAO DE DIFERENTES

-PROCESSOS DE EXTRAO E INFLUNCIA DAS CONDiES DE PLANTIO SOBRE A COMPOSiO

QUMICA

ROSNGELA ASSIS JACQUES

Tese apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Quimica.da UFRGS como parte dos requisitos para a obteno do ttulo de Doutor em Qumica.

PORTO ALEGRE OUTUBRO 2005

PPGQ - UFRGS - TESE DE DOUTORADO

DECLARAO DE AUTORIA

Este trabalho foi realizado pela autora, orientado pela ProF Ora. Elina Bastos Caramo e co-orientado pelo Prof. Dr. Jos Vladimir de Oliveira. Todo o trabalho foi desenvolvido no Laboratrio de Pesquisa E-202 e Central Analtica, do Instituto de Qumica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul e nos Laboratrios de Termodinmica Aplicada e Central Analtica do Departamento de Engenharia de Alimentos da Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e Misses-Campus de Erechim.

Rosngela Assis Jacques


Esta tese foi julgada adequada para a obteno do ttulo de Doutor em Qumica e aprovada em sua forma final, pela orientadora e pela banca examinadora do Programa de Ps-Graduao em Qumica.

Banca Examinadora:

~ / Pro a. Dra. Martha Bohrer Adaime (UFSM/Santa Maria) ylJM'0- iCJ~ ~~.

Profa. Dra. Slvia Sargenti (UFSM/Santa Maria) r6au~ 'Oa~

Prof. Dr. Slvio Luiz Pereira Dias (IQ-UFRGS/Porto Alegre)

Prof. Dr. Adriano Lisboa Monteiro Coordenador do Curso de Ps-Graduao em Qumica


CHIMARRO Amargo doce que sorvo

num beijo em lbios de prata. Tens o perfume da mata,

molhada pelo sereno. E a cuia, seio moreno,

que passa de mo em mo, traduz o meu chimarro

na sua simplicidade a velha hospitalidade,

da gente do meu rinco. (Glauco Saraiva)

Rosngela Assis Jacques 11l


DEDICATRIA

Aos meus amados pais Terezinha e Manoel, pela infinita pacincia e suporte a todo este trabalho e, simplesmente, por serem super pais.

Ao Edilson De Toni, pelo infinito amor, dedicao e, principalmente pela pacincia e companheirismo dirio.

Rosngela Assis Jacques IV


AGRADECIMENTOS

professora Ora. Elina Bastos Caramo pela amizade, orientao, dedicao e incentivo especialmente nos momentos mais difceis deste trabalho.

Aos professores Or. Jos Vladimir de Oliveira e Or. Cludio Oariva, supervisores do trabalho desenvolvido na Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e Misses, Campus de Erechim, pela amizade, incentivo, dedicao e valiosas contribuies.

Aos colegas e amigos do Curso, em especial a Ins, Valria, Ceclia e Fernanda pelo companheirismo e pelas sugestes e observaes valiosas.

Anelise Schmidt e Flvio Pavan pela amizade.

Aos bolsistas de iniciao cientfica Ana Paula, Rafael, Jonathan, Bruna e Camila que realizaram um trabalho srio e responsvel, pela amizade e companheirismo.

Aos demais alunos do Laboratrio E-202 pela colaborao e amizade.

Aos demais professores e funcionrios do Instituto de Qumica da UFRGS, pelo apoio tcnico.

Ao Or. Srgio do Amaral professor da URI-campus de Erechim, pela contribuio na discusso das variveis agronmicas da erva-mate.

Eunice Valduga pela prestatividade, amizade e profissionalismo.

Rositnia, funcionria da URI-campus de Erechim, pela amizade, incentivo, e apoio tcnico.

Rosngela Assis Jacques v


toda a famlia da prof. Elina que me acolheu carinhosa e cuidadosamente, com verdadeira amizade, durante a execuo da parte escrita deste trabalho.

Ervateira Baro pelo plantio da erva-mate e cuidados com a colheita das plantas utilizadas neste estudo.

Aos amigos do Instituto de Qumica da UPRGS e a todos aqueles que de uma forma ou de outra contriburam para a realizao deste trabalho.

Rosngela Assis Jacques VI


NDICE GERAL

ndice Geral............................................................................................................................ vii Lista de Figuras............................................................................................................ .......... x Lista de Tabelas............. .............................................. ................... .......... ....... ..... .... ............. xii Lista de Abreviaturas e Siglas.. .... ............................................................... .... ......... ... ........... xiv Resumo.................................................................................................................................. xvi Abstract................................................................................................................................. xvii CAPTULO 1: INTRODUO................................................................................................ 1 CAPTULO 2: REVISO DA LlTERATURA........................................................................... 6

1.0 ERVA-MATE................................................................................................................ 7 1.1 Classificao taxonmica..................................................................... ...... .............. 7 1.2 Biologia reprodutiva................. ................................ ..................... ................ ..... ....... 8 1.3 Habitat e distribuio geogrfica....................................... ... .... .............. .............. .... 8 1.4 Importncia da erva-mate......................................................................................... 9 1.5 Composio qumica da erva-mate............ .................. ......................... .... ................ 11 2.0 TCNICAS DE EXTRAO APLICVEIS A PLANTAS........................................... 15 2.1 Extrao por macerao............................................................................ ............. . 16 2.2 Extrao com ultra-som............... ................... .......................................................... 16 2.3 Extrao com liquido pressurizado (PLE)............................................................. 20 2.3.1 Vantagens e desvantagens da extrao com liquido pressurizado..... ......... ......... 23 2.4 Extrao com fluido supercrtico.................. ............................................................. 25 2.4.1 Dixido de carbono como solvente...... .................................. ................ ................ 26 2.4.2 Tcnica de extrao supercrtica........................................................................... 27 . 2.4.3 Equipamento tpico da extrao supercrtica....... ............................................ ...... 28 2.5 Comparao das tcnicas de extrao.................................. ........... .... ... ................. 29

3.0 PLANEJAMENTO ESTATSTICO DE EXPERIMENTOS............................................. 30 4.0 ANLISE INSTRUMENTAL......................................................................................... 32

4.1 Cromatografia gasosa (GC)................................................................... ................... 32 4.2 Espectroscopia de absoro atmica (FAAS).......................................................... 34

CAPTULO 3: DETERMINAO DOS MINERAIS DAS FOLHAS DE ERVA-MATE SOB DIFERENTES CONDIOES AGRONOMICAS.............................................. 35

1.0 EXPERIMENTAL.......................................................................................................... 36 1.1 Detalhamento expenmental de campo..................................... ................ ................. 36 1.2 Amostras................................................................. .................................................. 37 1.2.1 Digesto das amostras............................... ........................... ................ ................ 38

1.3 Procedimento para determinao dos minerais........................................................ 38 2.0 RESULTADOS E DiSCUSSO.................................................................................... 40

2.1 Influncia das condies agronmicas sobre o teor de minerais nas folhas de erva-mate................................................... ............ ....... ......... ............ ............................. 40

3.0 CONCLUSOES PARCiAiS........................................................................................... 48 CAPTULO 4: APLICAO DO C02 A ALTAS PRESSOES NA EXTRAO DE

COMPOSTOS ORGNICOS DA ERVA-MATE............................................. 49 1.0 EXPERIMENTAL......................................................................................................... 50

1.1 Reagentes e solventes............................. ............................................ ......... ............ . 50 1.2 Extrao com C02 supercrtico................................................................................. 51 1.3 Variveis de extrao................................................................................................ 51

Rosngela Assis Jacques Vl1


1.4 Cromatografia lquida preparativa em slica gel.................... .................................... 53 1.5 Cromatografia gasosa com detector de espectrometria de massas (GCIMS) ......... 53 1.5.1 Derivatizao................................................. ........................................................ 55

2.0 RESULTADOS E DiSCUSSO.................................................................................... 56 2.1 Efeito das variveis de extrao (P x T).......................................................... .......... 56 2.2 Fracionamento dos extratos................................................................. ..................... 58 2.2.1 Anlise cromatogrfica (GCIMS) dos extratos obtidos no fracionamento cromatogrfico em slica gel........................................ ..................................... ............... 59 2.3 Efeito das variveis agronmicas sobre o rendimento da SFE............................ ..... 65 2.3.1 Efeito da adubao e sombreamento.................................... ............................... 65 2.3.2 Efeito da idade de poda.................................... ................................ .................... 66 2.4 Anlise quantitativa dos compostos da erva-mate.................................................... 67

3.0 CONClUSOES PARCiAiS........................................................................................... 71 CAPTULO 5: APLICAO DO ULTRA-SOM NA EXTRAO DE COMPOSTOS

ORGNICOS DA ERVA-MATE...................................................................... 73 1.0 EXPERIMENTAL.......................................................................................................... 74

1.1 Extrao por ultra-som.... ...... ............................................................ ........................ 74 1.2 Cromatografia gasosa com detector de espectrometria de massas (GCIMS).......... 75

2.0 RESULTADOS E DiSCUSSO.................................................................................... 77 2.1 Variveis de extrao.................................................. ............ ................... ............... 77 2.2 Caracterizao qumica dos extratos...................... .................................. ................ 80

3.0 CONClUSOES PARCiAiS........................................................................................... 83 CAPTULO 6: APLICAO DA EXTRAO COM LQUIDO PRESSURIZADO NA

ANLISE DOS COMPOSTOS ORGNICOS DE ERVA-MATE..................... 85 1.0 EXPERIMENT AL.......................................................................................................... 86

1.1 Amostras, reagentes e solventes.............................................. ................ ................ 86 1.2 Extrao com lquido pressurizado (PlE) ou extrao acelerada com solventes

ASE)......................................................................................................................... 86 1.3 Cromatografia gasosa com detector de espectrometria de massas (GC/MS).......... 88

2.0 ESUlTADOS E DiSCUSSO...................................................................................... 89 2.1 Variveis de extrao........................... ....................... ....... ......... ........... ................... 89 2.2 Caracterizao qumica dos extratos................ ...... .................................................. 92 3.0 CONClUSOES PARCiAiS....................................................................................... 95

CAPTULO 7: COMPARAO DE TCNICAS DE EXTRAO DE COMPOSTOS ORGNICOS DA ERVA -MATE USANDO SOLVENTES ORGNICOS.. 97

1.0 EXPERIMENTAL.......................................................................................................... 98 1.1 Amostras, reagentes e solventes.............................................................................. 98 1.2 Tcnicas de extrao utilizadas................................................ ................ ................ 98 1.2.1 Procedimento para a extrao por macerao...... ............................................... 99 1.2.2 Procedimento para a extrao por ultra-som................ ........................................ 99 1.2.3 Procedimento para a extrao com lquido pressurizado..................................... 100 1.3 Anlise cromatogrfica dos extratos (GC/MS)...................................... .................. . 100

2.0 RESULTADOS E DiSCUSSO .............. ;..................................................................... 101 2.1 Anlise do rendimento dos extratos de erva-mate.. ................................ .................. 101 2.2 Anlise dos extratos de erva-mate por GCIMS........................................................ 102 2.2.1 Extrao por macerao...... .............................................. .......... ........................ 102 2.2.2 Extrao por ultra-som........................ ............. ............. ......... ........... ..................... 105

Rosngela Assis Jacques Vlll


2.2.3 Extrao com lquido pressurizado................................................... .................... 108 2.2.4. Anlise quantitativa comparativa dos extratos de erva-mate............................... 111

3.0 CONClUSOES PARCiAiS.......................................................................................... 114 CAPTULO 8: CONClUSOES............................................................................................... 115 CAPTULO 9: REFERNCIAS BIBLIOGRFiCAS................................................................ 120 CAPTULO 10: SUGESTO PARA TRABALHOS FUTUROS............................................... 132 CAPTULO 11: PRODUO CIENTFICA GERADA............................................................. 134 CAPTULO 12: ANEXOS........................................................................................................ 137

Rosngela Assis Jacques IX

PPGQ - UFRGS - TESE DE DOUTORADO LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Foto ilustrativa da planta de erva-mate... .......................................... ........ ........ 7 Figura 2: Distribuio da erva-mate plantada no Brasil [3].............................................. 9 Figura 3: Esquema geral de sistemas de aplicao de ondas ultra-sonoras no campo

da qumica: (a) banho indireto, (b) banho direto e (c) sonda............................ 18 Figura 4: (A) Esquema geral do equipamento e (B) Etapas da extrao com lquido

pressurizado no sistema ASE........................................................................... 22 Figura 5: Esquema representativo de um processo de extrao supercrtica.... ............. 29 Figura 6: Foto ilustrativa do experimento de campo: (a) rea a pleno sol e (b) rea

sombreada................................................................ .............. ............ .............. 37 Figura 7: Foto das folhas da erva mate com idade de 18 meses, sem adubao e

cultivada sob sol (a) e sombra (b)..................................................................... 40 Figura 8: Esquema representativo de um sistema de extrao a altas presses............ 51 Figura 9: Fotografia com vista parcial da unidade de extrao com dixido de carbono

pressurizado.......................................................................... ............. .... .......... 52 Figura 10: Esquema do fracionamento aplicado mistura dos extratos obtidos por

SFE................................................................................................................... 54 Figura 11: Curvas de extrao obtidas para erva-mate usando C02 a altas presses..... 57 Figura 12: Cromatograma do on total da mistura dos extratos de erva-mate obtido via

extrao supercrtica com C02......................................................................... 60 Figura 13: Cromatograma do on total das fraes do extrato fracionado dos extratos

de erva-mate obtido por C2 a altas presses................................................. 62 Figura 14: Cintica da extrao da erva-mate de 12 meses de poda, sob diferentes

intensidades de luz e adubao....... ................. ....................... ...... .................. 65 Figura 15: Cintica da extrao da erva-mate sob diferentes idades de poda, plantadas

a pleno sol e adubadas com nitrognio............................................ ................ 66 Figura 16: Equipamento utilizado para extrao com ultra-som das folhas de erva-

mate.................................................................................................................. 75 Figura 17: Correlao entre os rendimentos obtidos experimentalmente e aqueles

calculados pelo modelo emprico do planejamento fatorial fracionrio 25-1.................................................................................................................... 79

Figura 18: Cromatogramas do on total dos extratos obtidos por ultra-som com hexano (A) e metanol (B), das amostras de erva-mate com idade de poda de 18 meses, cultivada a pleno sol e adubadas com fonte de nitrognio.................. 81

Figura 19: Foto ilustrativa do aparelho de Extrao Acelerada com Solventes... ...... ........ 87 Figura 20: Comparao dos rendimentos do modelo emprico e dos valores obtidos

experimentalmente de um planejamento fatorial fracionrio 26-2 para a extrao acelerada com solventes............................................... .... ... ....... ..... 92

Figura 21: Cromatogramas do on total dos extratos obtidos por extrao com lquido pressurizado (PLE) com hexano (A) e metanol (B), das amostras de erva-mate com idade de poda de 18 meses, cultivada a pleno sol e adubada com fonte de nitrognio............ ..... ... ............................. ............ ............ .... .............. 93

Figura 22: Desenho esquemtico do equipamento usado para macerao..... .... ............ 99 Figura 23: Cromatogramas do on total dos extratos das folhas de erva-mate obtidos

por macerao com hexano (A), tolueno(B), diclorometano(C), acetato de etila(D), acetona(E) e metanol (F).................................................................... 103

Figura 24: Cromatogramas do on total dos extratos das folhas de erva-mate obtidos por extrao com ultra-som com hexano (A), tolueno(B), diclorometano(C), acetato de etila(D), acetona(E) e metanol (F).................................................. 106

Rosngela Assis Jacques x


Figura 25: Cromatogramas do on total dos extratos das folhas de erva-mate obtidos por extrao com lquido pressurizado (PLE) com hexano (A), tolueno(B), diclorometano(C), acetato de etila (O), acetona(E) e metanol (F)..................................................................................................................... 109

Rosngela Assis Jacques Xl

Tabela I:

Tabela 11:

Tabela 111:

Tabela IV: Tabela V: Tabela VI: Tabela VII: Tabela VIII: Tabela IX:

Tabela X:

Tabela XI:

Tabela XII:

Tabela XIII:

Tabela XIV:

Tabela XV:

Tabela XVI:

Tabela XVII:

Tabela XVIII:

Tabela XIX:

Tabela XX:

Tabela XXI:


LISTA DE TABELAS

Distribuio dos teores de nutrientes nos diferentes tecidos de erva-mate (g/1 00 g) ........................................................................................... . Reviso da literatura sobre aplicao de ultra-som na extrao de plantas ...................................................................................................... . Reviso da literatura sobre aplicao da extrao com lquido pressurizado (PLE) na extrao de plantas ............................................. .. Propriedades termodinmicas dos fluidos ................................................ . Aplicaes da extrao com fludo supercrtico em plantas .................... . Comparao entre mtodos de extrao utilizados em plantas ............... . Parmetros instrumentais utilizados no FAAS ......................................... . Teor de cinzas [g/100g base seca] das amostras de erva-mate .................. .. Contedo de macronutrientes das folhas de erva-mate em funo da idade da folha, incidncia de luz e adubao .......................................... .. Contedo de micronutrientes das folhas de erva-mate em funo da idade da folha, incidncia de luz e adubao .......................................... .. Anlise estatstica (ANOVA com teste de Tukey a 5%) dos contedos dos minerais das folhas de erva-mate,sob diferentes condies agronmicas .............................................................................................. . Condies cromatogrficas utilizadas na anlise dos extratos obtidos com C02 a altas presses por GCIMS ...................................................... . Condies experimentais e rendimentos obtidos nas extraes de erva-mate com C02 a altas presses. Erva-mate com idade de poda de 12 meses cultivada a pleno sol e sem adubao .......................................... .. Rendimentos dos extratos (misturas dos extratos da Tabela XIII) obtidos por cromatografia lquida preparativa (fracionamento), expressos em 9 (extrato) por 1 00 9 de amostra .............................................................. . Compostos identificados na mistura dos extratos da Tabela XIII e das fraes do extrato fracionado de erva-mate com idade de poda de 12 meses, cultivada a pleno sol e sem adubao, obtido por SFE ............... . Compostos das folhas de erva-mate com idade de 18 meses de poda, quantificados em funo do tipo de fertilizao e incidncia de luz .......... . Anlise estatstica (ANOVA com teste de Tukey a 5%): Efeito da intensidade de luz e do tipo de adubao sobre a concentrao (mg!kg de amostra) de compostos selecionados do extrato de folhas de erva-mate com 18 meses de idade, obtidos por SFE ...................................... .. Variveis e resultados de um planejamento fatorial fracionrio 25-1 do processo de extrao por ultra-som, das folhas de erva-mate ................ .. Principais compostos identificados nos extratos por ultra-som com hexano e metanol, das amostras de erva-mate com idade de poda de 18 meses, plantada a pleno sol e adubadas com fonte de nitrognio ....... Variveis e resultados de um planejamento fatorial fracionrio 26-2, utilizados na extrao com lquido pressurizado ..................................... . Principais compostos identificados nos extratos por extrao com lquido pressurizado com hexano e metanol, nas amostras de erva-mate com idade de poda de 18 meses, cultivada a pleno sol e adubada com fonte de nitrognio ..................................................................................... .


14

20

24 25 28 30 39 44

45

46

47

54

56

59

63

68

69

78

82

90

94

X1l


Tabela XXII: Rendimento das extraes por macerao, ultra-som e extrao acelerada por solvente, obtido para as amostras de erva-mate, expresso em gramas de (extrato) por 100 g de amostra........................ 101

Tabela XXIII: Anlise estatstica (ANOVA com teste de Tukey a 5%). Efeito das tcnicas de extrao e o tipo de solvente considerado sobre o rendimento de extrato das folhas de erva-mate........................ ............. 102

Tabela XXIV: Principais compostos identificados nos extratos obtidos por macerao com hexano (H), tolueno(T), diclorometano(D), acetato de etila(AE), acetona(A) e metanol (M) nas amostras de erva-mate com idade de poda de 18 meses, cultivada a pleno sol e adubada com fonte de nitrognio.................................................................................. 104

Tabela XXV: Principais compostos identificados nos extratos por extrao com ultra-som com hexano (H), tolueno(T), diclorometano(D), acetato de etila(AE), acetona(A) e metanol (M) nas amostras de erva-mate com idade de poda de 18 meses, cultivada a pleno sol e adubada com fonte de nitrognio. ..... ...................................... ..... ...................... ........... 107

Tabela XXVI: Principais compostos identificados nos extratos por extrao por lquido pressurizado com hexano (A), tolueno(B), diclorometano(C), acetato de etila(D), acetona(E) e metanol (F) nas amostras de erva-mate com idade de poda de 18 meses, cultivada a pleno sol e adubada com fonte de nitrognio........................................................... 110

Tabela XXVII: Concentrao dos compostos quantificados nos extratos obtidos nas diferentes tcnicas de extrao (macerao, ultra-som e extrao com lquido pressurizado) das folhas de erva-mate com idade de poda de 18 meses, cultivada a pleno sol e adubada com fonte de nitrognio, expressos em mglkg........................ 112

Tabela XXVIII: Anlise estatstica (ANOVA com teste de Tukey a 5%) referente concentrao dos compostos das folhas de erva-mate com idade de poda de 18 meses, cultivada a pleno sol e adubada com fonte de nitrognio (mglkg de amostra) obtidos por macerao, ultra-som e extrao com lquido pressurizado......................................................... 112

Rosngela Assis Jacques X1ll


LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ASE - extrao acelerada por solvente

BSTFA - (N,O-bis(trimetilsil)trifluoroacetamida)

CTC-capacidade de troca de ctions

C18 - fase estacionria octadecil- silano

EI - impacto por eltrons

F MS - espectroscopia de absoro atmica

FM - fase mvel

GC/MS - cromatografia gasosa acoplada espectrometria de massas

IAL- Instituto Adolfo Lutz

LC/MS - cromatografia lquida acoplada espectrometria de massas

MAE - extrao assistida por microondas

MIC - cromatograma por monitoramento de ons

MS - espectrometria de massas

OV-5 - fase estacionria de metil silicone com 5 % de grupos fenila

p - densidade

Pc - presso crtica

PLE - extrao com lquido pressurizado

PM - peso molecular

p/p - peso/ peso

P - presso

p/v - peso/volume

Rosngela Assis J acques XlV

PPGQ - UFRGS - TESE DE DOurORADO

SCAN - modo de operao na espectrometria de massas por varredura de

ons

SFE - extrao com fluido supercrtico

SIM - monitoramento de ons simples

SPE - extrao em fase slida

SPME - micro - extrao em fase slida

T - temperatura

TIC - cromatograma de on total

TMS - trimetilclorossilano

tR - tempo de reteno

US - ultra-som

v/v - volume/volume

Rosngela Assis J acques xv


RESUMO

o objetivo deste trabalho foi estudar a composio qumica das folhas de erva-mate, sob diferentes condies agronmicas e tcnicas de extrao. Os

mtodos de extrao usados foram macerao, ultra-som, extrao com lquido

pressurizado e extrao com fludo supercrtico. Foram investigadas as

variveis que podem influenciar no processo de extrao, tais como

temperatura, presso, polaridade do solvente, tempo de extrao, massa de

amostra, entre outras. A identificao dos compostos foi realizada por

cromatografia gasosa acoplada espectrometria de massas. Todos os

mtodos de extrao utilizados mostraram-se eficientes para a obteno dos

extratos, com as diferenas sendo mais quantitativas do que qualitativas. Entre

os mtodos de extrao que utilizam solventes orgnicos, a extrao com

lquido pressurizado mostrou-se mais eficiente, produzindo maior rendimento

em massa de extrato e maior concentrao de alguns dos compostos de

interesse, com as vantagens de reduo de solvente e tempo de extrao. A

composio qumica da erva-mate influenciada pelas condies agronmicas

de plantio, bem como pelas condies de extrao de suas folhas. A melhor

condio agronmica avaliada, ou seja, aquela que produziu maior quantidade de extrato, foi o cultivo das plantas a pleno sol, adubadas com nitrognio e com

idade de poda de 18 meses. A varivel mais importante das tcnicas de

extrao utilizadas foi a polaridade do solvente. Solventes de maior polaridade

produziram maior rendimento em extrato. A anlise cromatogrfica dos extratos

obtidos permitiu identificar cerca de 50 compostos qualitativamente e 6

quantitativamente, destacando-se a cafena, fitol, cido palmtico, cido

esterico, esqualeno e vitamina E.

Rosngela Assis Jacques XVI


ABSTRACT

The main objective of this work was to study the chemical composition of the extracts of mate leaves cultivated under different agronomic conditions obtained from different extraction techniques. The extraction methods used were maceration, sonication, pressurized liquid extraction and supercritical fluid extraction. It was investigated the influence of temperature, pressure, solvent polarity, extraction time, sample amount, etc., on the extraction processo The identification of the compounds was accomplished by gas chromatography coupled to mass spectrometry detector (GC/MS). Results showed that ali the extraction methods were efficient, with more quantitative differences than qualitative. Among the extraction methods using organic solvents, the pressurized liquid extraction showed to be more efficient, producing larger mass yields and larger concentration of some of the present compounds in the mate leaves, with the advantages of solvent consumption and time reduction. It was verified that the chemical composition of the mate is influenced by the agronomic conditions, as well as the extraction conditions of the mate leaves. The best-evaluated agronomic condition, i.e., that produced the greatest amount of extract was the fertilization with nitrogen and the complete exposure to sunlight. Solvent polarity demonstrated to be the most important variable in the extraction procedure. Thus, solvents of greater polarity produced larger mass yields. The chromatographic analysis of the extracts allowed the qualitative identification of 50 compounds and 6 quantitative determined (caffeine, phytol, palmitic aCid, stearic acid, squalene and vitamin E).

Rosngela Assis Jacques XV11


CAPTULO 1: INTRODUO


~-


A erva-mate (lIex paraguarienss St. HiIL) uma espcie nativa da regio sul do Brasil e tem importncia histrica na cultura e na economia dessa regio e de pases limtrofes, como Argentina, Uruguai e Paraguai.

Por um longo perodo, a erva-mate tem sido um importante produto das exportaes brasileiras e a sua produo ainda se constitui em uma grande fonte de renda e emprego, especialmente para os pequenos e mdios produtores da regio de ocorrncia da espcie [1,2].

O setor ervateiro retomou seu crescimento a partir de 1993 com uma produo de 529 mil toneladas nos estados do Paran, Santa Catarina e Rio Grande do Sul [1], atingindo cerca de 670 mil toneladas nos trs estados em 2000[2].

No estado do Rio Grande do Sul, a cultura compreende cerca de 250 municpios, onde esto direta ou indiretamente envolvidas 39.000 pequenas propriedades e empresas, gerando cerca de 165.000 empregos diretos [3], o que refora a importncia do setor ervateiro para a regio.

O setor ervateiro, na microrregio de Erechim, compreende 9.363 famlias de produtores rurais, que tm na atividade ervateira uma importante fonte de renda e 42 empresas agroindustriais que produzem e comercializam erva-mate para diversas regies do Brasil e tambm para exportao [3].

Atualmente, a erva-mate recupera seu "status" na economia, no pelo desbravamento fsico de fronteiras, mas pela conquista de novos mercados face ao desenvolvimento de produtos no setor de bebidas, cosmticos, medicamentos e higiene, alm do desenvolvimento de estudos fitoqumicos que objetivam explorar seu potencial.

A forma mais difundida de consumo da erva-mate o chimarro (infuso de erva-mate) em cuias de madeira ou porongo [5,6]. O mate uma bebida estimulante: elimina a fadiga, estimula a atividade fsica e mental, atuando beneficamente sobre os nervos e msculos e favorecendo o trabalho intelectual. Por possuir vitaminas do complexo B, o mate participa do aproveitamento do acar nos msculos, nervos e atividade cerebral. Com a presena das vitaminas C e E, age como defesa orgnica e apresenta benefcios sobre os tecidos do organismo. A presena de sais minerais,

Rosngela Assis J acques 2


juntamente com a cafena, estimula o trabalho cardaco ajudando na circulao do sangue e diminuindo a tenso arterial, pois a cafena atua como vaso dilatador [7].

O mate favorece a diurese e atua tambm sobre o tubo digestivo: ativa os movimentos peristlticos, facilita a digesto, suaviza os embaraos gstricos, favorecendo a evacuao e a mico. A ao estimulante do mate mais prolongada que a do caf, no deixando, porm, os efeitos colaterais ou residuais como irritabilidade e insnia [7].

Alm de alimento, a erva-mate h muito tempo vem sendo considerada como tendo valor teraputico, sendo recomendada como anti inflamatrio, anti-reumtico, tnico, estimulante, diurtico, etc. Dada a sua utilizao medicinal foi incorporada em vrias Farmacopias, podendo-se citar a argentina de 1898, a brasileira de 1929, as francesas de 1866 e 1844, as mexicanas de 1904, 1925 e 1952, a paraguaia de 1944, a portuguesa de 1876 e as venezuelanas de 1898, 1919, 1927 e 1939. Junto ao Ministrio da Sade Brasileiro esto registradas 14 preparaes derivadas de lIex paraguariensis St. Hil. A erva-mate tambm comercializada no exterior, por exemplo, na Alemanha onde h 6 preparaes homeopticas e 452 outras preparaes comerciais [4].

No mercado h uma demanda por produtos orgnicos de uma forma geral, e esta tendncia configura um diferencial no valor agregado quando a matria-prima (erva-mate) proveniente de ervais nativos ou ervais submetidos a condies agronmicas, que obedecem a princpios de sustentabilidade.

Alm de garantir o suprimento das exigncias da cultura atravs da adubao, outros fatores so determinantes para manter as propriedades originais da planta.

Salienta-se, tambm, que hoje h uma grande oferta desse produto (erva-mate), o que tem incentivado a busca no apenas de melhorias na qualidade dos produtos em explorao, como tambm de novas formas de aproveitamento [3,4].

O conhecimento cientfico sobre a taxonomia do gnero, a composio qumica e as propriedades farmacolgicas da espcie lIex paraguariensis e do produto erva-mate so ainda incipientes.

Rosngela Assis Jacques 3


o desenvolvimento de tcnicas modernas de preparao de amostras com significantes vantagens sobre os mtodos convencionais, tambm chamados oficiais (descritos em farmacopias de diversos pases), assume um papel importante em garantir a alta qualidade e certificao dos produtos provenientes de plantas, como por exemplo, a erva-mate.

A extrao consiste na primeira etapa para que ocorra uma anlise qualitativa ou quantitativa de uma planta, pois a extrao separa os compostos da matriz celular para serem posteriormente analisados. As tcnicas convencionais que podem ser empregados para extrao de compostos da erva-mate compreendem extrao com solvente orgnico, por macerao e ultra-som. No entanto, pouco tem sido apresentado na literatura com relao identificao de compostos presentes na erva-mate obtidos por extrao com solventes orgnicos. Esta justificativa, aliada ao interesse na utilizao das tcnicas modernas de extrao, como extrao com fluido supercrtico (SFE) e extrao com lquido pressurizado (PLE), mostra a relevncia do presente trabalho.

Objetivos:

Dentro deste contexto, o presente trabalho teve como objetivo geral desenvolver elou adaptar mtodos para extrao, separao e anlise dos compostos qumicos das folhas de erva-mate.

Podemos ainda citar os seguintes objetivos especficos: -+ Determinar a condio tima de extrao dos compostos da erva-mate atravs da tcnica de extrao por fluido supercrtico, utilizando um planejamento de experimentos. -+ Extrair os compostos da erva-mate empregando a tcnica de extrao com fluido supercrtico, levando em considerao o efeito das variveis agronmicas (intensidade de luz, idade de poda das folhas e fertrfizao).



-+Oeterminar a composio mineral da erva-mate e verificar a influncia das variveis agronmicas de plantio (intensidade de luz, idade de poda das folhas e fertilizao) sobre sua composio. -+ Estudar as tcnicas de ultra-som e extrao com lquido pressurizado atravs de planejamentos experimentais para a obteno da melhor condio de extrao dos compostos orgnicos da erva-mate. -+Comparar as tcnicas de extrao utilizando solventes orgnicos, na condio tima de extrao, para anlise qualitativa e quantitativa das folhas de erva-mate. -+ Identificar compostos ou classes de compostos de alto valor agregado em diferentes condies agronmicas (idade de folha, sombreamento e adubao).



,

CAPITULO 2: REVISO DA LITERATURA



1.0 ERVA-MATE

1.1 Classificao taxonmica

A erva-mate (lIex paraguariensis St. HiII) originria da Amrica do Sul. A classificao botnica da erva-mate, segundo o naturalista francs August de Saint Hillaire [5], a seguinte:

Diviso: Angiosperma Classe: Dicotilednea Sub-classe: Archichlamydeae Famlia: Aquifoliaceae Gnero: lIex Espcie: lIex paraguariensis A. St. HiII

Figura 1: Foto ilustrativa da planta de erva-mate



o gnero lIex pertence famlia Aquifoliaceae e possui cerca de 500 espcies. A rea de disperso inclui as Amricas, sia, Europa e o sul da frica. O maior nmero de espcies est na regio tropical da sia e das Amricas [5, 6].

Algumas espcies de lIex so bastante populares no mundo, destacando-se I. aquifolium L. (Europa), I. Opaca Ait (Amrica do norte) e I.comuta Lindley (sia), das quais os ramos com frutos tornaram-se smbolo de festividades importantes, como o Natal.

1.2 Biologia reprodutiva:

A erva-mate uma espcie diica, cuja florao ocorre de setembro a dezembro. Quanto frutificao, ocorrem frutos maduros de dezembro at abril. A florao e frutificao iniciam gradativamente, aos 2 anos em rvores oriundas de propagao vegetativa e aos 5 anos em rvores provenientes de sementes, em stios adequados. A disperso das sementes realizada por pssaros, principalmente sabis [9].

1.3 Habitat e distribuio geogrfica

A especle possui grande ocorrncia, atingindo aproximadamente 540.000 Km2. A erva-mate ocorre no nordeste da Argentina, leste do Paraguai, noroeste do Uruguai e Brasil [7].

No Brasil, ela pode ser encontrada nos estados do Mato Grosso do Sul, Paran, Rio Grande do Sul e Santa Catarina. Sua rea de ocorrncia natural de, aproximadamente, 450.000 Km2, o que equivale a quase 5% do territrio brasileiro [8]. Estes dados esto apresentados na Figura 2.



A regio sul a maior produtora, onde 596 municpios desenvolvem a atividade ervateira, envolvendo um contingente de 710.000 pessoas, para uma produo anual aproximada de 650.000 toneladas de folhas.

Paraguai

? Quantidade produzida (t)

De At 2 339

410 1.531_ Uruguai 1.759 4.460

4.750 12.1

~ 13.227 62.440_

Figura 2: Distribuio da erva-mate plantada no Brasil [3].

1.4 Importncia da erva-mate

No Brasil, so relatadas 68 espcies deste gnero [6,10]. Destas, lIex paraguariensis, popularmente conhecida como erva-mate, de importncia histrica incontestvel na regio sul do Brasil e em pases limtrofes, como Argentina, Paraguai e Uruguai. O consumo de erva-mate como chimarro um hbito fortemente incorporado pelas populaes sul-brasileiras, em especial no



Rio Grande do Sul, maior consumidor do pas, fazendo parte do perfil comportamental gacho.

As folhas da erva-mate so utilizadas tanto para o chimarro como para o terer, o mate solvel e o ch mate [8,9]. A regio sul a que mais utiliza o chimarro, consumindo em mdia, mais de 90% da produo. Os outros 10% so utilizados para produtos como chs, mate solvel, entre outros.

O processamento bsico para o beneficiamento da erva-mate para chimarro constitui-se das etapas da colheita, recepo, sapeco, secagem, triturao, classificao, armazenagem, moagem, mistura, embalagem e expedio [7]. A indstria da erva-mate evoluiu consideravelmente nos ltimos anos, e hoje utiliza modernos soques ervateiros e mquinas movidas a energia eltrica.

O sapeco utilizado para evitar que as folhas da erva-mate escuream. O escurecimento ocorre pela presena das enzimas polifenoloxidase (PFO) e peroxidase (POD) que, em 1928, foram identificadas por Senglet como as responsveis pela oxidao dos compostos fenlicos quando as folhas s.o retiradas da planta e expostas ao ar. O sapeco, que tem por finalidade a inativao destas enzimas, consiste na passagem rpida dos ramos com folhas sobre as chamas do sapecador [7].

Alm das tradicionais bebidas, a erva-mate tambm utilizada em preparaes farmacuticas, tendo sido incorporada a vrias farmacopias. No Ministrio da Sade brasileiro esto registradas 14 preparaes derivadas de lIex paraguariensis, em funo das propriedades teraputicas, sendo recomendada como estimulante, anti inflamatrio, anti-reumtico, tnico e diurtico [7,11].

Da erva-mate podem ser obtidos corantes e detergentes, especialmente para uso hospitalar. No Brasil, esses produtos esto sendo pesquisados em nvel laboratorial. No exterior, especialmente nos pases do hemisfrio norte, essa planta j tem mercado em funo das amplas possibilidades de aproveitamento [12].


PPGQ - UFRGS - TESE DE DOUTORADO 1.5 Composio qumica da erva-mate

Alguns trabalhos [8,13-15] mostram que a composio qumica da erva-mate muito complexa, apresentando metilxantinas, saponinas, taninos, vitaminas, componentes minerais, substncias aromticas, cidos graxos, terpenos, lcoois, cetonas, aldedos, fenis, entre outros.

A presena de saponinas em folhas de lIex paraguariensis foi estabelecida atravs de trabalhos realizados por Gosmann [4] e Montanha [16].

Gosmann e colaboradores [17] e Kraemer [18] descreveram a presena de 11 glicosdeos, como agliconas, cido urslico e cido oleanlico e os acares arabinose, glicose e ramnose. Com o objetivo de conhecer mais detalhadamente a composio, em termos de saponinas, de outros rgos alm de folhas, Kraemer [19] analisou atravs de cromatografia em camada delgada, amostras de erva-mate (ramos, razes, frutos verdes e maduros), alm da cultura de clulas de lIex paraguariensis. Athayde [14] estudou as saponinas presentes em folhas e frutos de rvores de lIex paraguariensis nativas nos estados de Mato Grosso do Sul, Santa Catarina e Rio Grande do Sul.

Desde a descoberta da presena da cafena por Stenhouse em 1843 e da teobromina por Oehrli em 1927 em lIex paraguariensis [20], muitos trabalhos tm sido publicados a respeito dos teores destas metilxantinas, tanto nas folhas, talos ou frutos, como no produto erva-mate [9,14,21-28]. Alguns autores fazem referncia presena de teofilina nas folhas e em produtos comerciais da erva-mate [21-22].

Cafena, teofilina e teobromina so trs alcalides estreitamente relacionados, presentes na erva-mate, e, nesta planta, so os compostos mais interessantes sob o ponto de vista farmacolgico e teraputico. Os alcalides so responsveis pelas propriedades estimulantes do mate. A cafena tem efeito sobre o sistema nervoso central, acelera a entrada de oxignio nos pulmes, aumenta a velocidade do metabolismo e acelera o batimento


PPGQ - UFRGS - TESE DE DOUTORADO cardaco [29]. As estruturas qumicas destes compostos esto apresentadas no Anexo 1.

Diversas metodologias para a extrao e a quantificao de metilxantinas em produtos vegetais tm sido propostas ao longo do tempo, comparando diversos mtodos de extrao e anlise.

Gosmann, em 1989 analisou por cromatografia em camada delgada as metilxantinas nos extratos dos talos e folhas de lIex paraguariensis de procedncia do Rio Grande do Sul [4].

Clifford & Martinez [23] analisaram amostras comerciais de erva-mate quanto ao teor de cafena, teobromina e teofilina, atravs da tcnica de cromatografia lquida de alta eficincia com fase reversa, utilizando uma coluna C18 com deteco a 276 nm.

Lacerda e colaboradores [24] realizaram uma avaliao dos teores de metilxantinas (cafena, teobromina e teofilina) em amostras de ch preto e ch mate, utilizando como tcnicas de extrao a decoco, extrao com ultra-som e microondas. Para a quantificao dos compostos foi utilizada a tcnica de cromatografia lquida de alta eficincia com fase reversa.

Alm das tcnicas convencionais de extrao (decoco ou macerao) e de tcnicas no convencionais como ultra-som e microondas, tem sido utilizada a extrao com fludo supercrtico para a extrao das metilxantinas de amostras de erva-mate, verificando a influncia dos parmetros temperatura e presso [25-28].

Kawakami & Kobayashi [30] identificaram os componentes volteis de erva-mate comercial (mate cancheado argentino, mate tostado brasileiro) pela tcnica de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (GC/MS). Um total de 196 compostos foram identificados no leo voltil, incluindo 23 lcoois alifticos, 24 aldedos, 29 cetonas, 15 cidos, 8 lactonas, 9 terpenos, 11 lcoois terpnicos, 25 alicclicos, 11 fenis, 7 aromticos, 13 furanonas, 6 pirazidas e 2 pirris.



Valduga [7] analisou por cromatografia gasosa o leo essencial obtido por destilao a vapor das folhas de erva-mate e identificou os seguintes compostos: linalool, geraniol, benzaldedo, 2,4 hexadienal, 2-hexenal, 2-pentenol. A atividade antibactericida dos compostos linalool, f3-ionona, a-terpineol, geraniol, 1-octanol, cido octanico, nerolidol e eugenol presentes no ch-mate foi estudada por Kubo e colaboradores [31], contra o Streptococcus mutans, que uma das bactrias responsveis pelas cries dentrias. Todos os compostos exibiram alguma atividade contra esta bactria cariognica.

A erva-mate rica em polifenis hidrossolveis, tais como cido isoclorognico, cido cafico e cido clorognico, os quais apresentam alta capacidade antioxidante e podem conferir para suas infuses um papel hepatoprotetor (funo de auxlio ao fgado) e reforar a defesa antioxidante do organismo humano [32-36].

Chandra & Mejia [37] determinaram e compararam os teores de polifenis e a capacidade antioxidante de Ardisia compressa, Camlia sinensis e lIex paraguariensis. As folhas de erva-mate apresentaram uma capacidade antioxidante elevada frente ao cido glico em comparao com as outras plantas.

Segundo alguns trabalhos, os flavonides e as substncias lipoflicas presentes nas folhas de lIex paraguariensis St. HiII causam efeitos farmacolgicos, destacando-se a reduo do apetite [38]. Estes compostos tambm apresentam propriedades anticarcinognicas e antimutagnicas [39-40]. Entre os flavonides presentes na erva-mate, podemos citar a rutina, quercetina e o canferol-3-o-rutinosdeo.

Pesquisas confirmam que a erva-mate responde pela presena de aminocidos essenciais ao organismo humano, alm de acar assimilvel (em forma de glicose). A vitamina E, presente na erva-mate benfica aos diversos tipos de tecidos do organismo humano, enquanto a vitamina C participa da circulao sangunea, agindo como defesa orgnica. Com as vitaminas do complexo B, participa do aproveitamento do acar pelos msculos e nervos e pela atividade cerebral. Entre as enzimas, foi identificada a oxidase, que junto com a cafena, exerce a funo de nutrio do organismo humano [12].



Os carboidratos (acares) nas folhas de erva-mate foram analisados por Paredes e colaboradores [41] tendo-se verificado teores de 2,85 %, 0,64% e 0,35% de sacarose, glicose e frutose, respectivamente.

Alm destes compostos, a erva-mate contm quantidades significativas de minerais como clcio, potssio, magnsio e mangans [7].

Alguns pesquisadores tm determinado o teor de macronutrientes (K, Ca, Mg e Na) e micronutrientes (Mn, Fe, Zn e Cu) nas folhas da erva-mate, no ch mate processado e suas infuses por digesto cida e posterior anlise pela tcnica de espectroscopia atmica. Os elementos que apresentam as maiores concentraes nas infuses so K, Ca e Mg [42-44].

Reismann e colaboradores [22, 45] investigaram os nveis de nutrientes nos diferentes tecidos de erva-mate em ervais nativos, para avaliao das migraes de macronutrientes que ocorrem por ocasio da safra. Na Tabela I so apresentados os resultados obtidos com as anlises, em duas pocas distintas: julho, quando o nvel dos nutrientes relativamente estvel e baixo, e em outubro, perodo de franco desenvolvimento que culmina na florao.

Tabela I: Distribuio dos teores de nutrientes nos diferentes tecidos de erva-mate (g/100 g) de acordo com Reismann et aI [45]. Elemento Julho Outubro

Folhas Ramos Folhas Ramos Flores N (%) 1,92 1,01 2,20 1,21 2,67 P (%) 0,17 0,057 0,12 0,10 0,20 K(%) 1,59 0,98 1,86 1,70 3,71 Ca (%) 0,61 0,88 0,43 1,19 0,70 Mg (%) 0,42 0,34 0,33 0,23 0,37

Os resultados apresentados nesta Tabela so importantes quando se associa a eles o fato do cultivo comercial da erva-mate apresentar duas pocas de colheita, inverno e vero, chamadas respectivamente de safra e safrinha.

Verificou-se um aumento considervel dos nutrientes fsforo, nitrognio e potssio at o ms de outubro (final da safra), enquanto que para o clcio e magnsio h maior quantidade na safra de julho (meio da safra).


PPGQ - UFRGS - TESE DE DOUTORADO As concentraes de minerais so especficas, no somente para a

espcie, idade e tecido, como tambm dependem do ambiente. Diversos fatores controlam o teor de minerais nos vegetais, principalmente o gentico [20,46].

Os nutrientes nas rvores podem ser armazenados nos seus diferentes compartimentos em funo das necessidades fisiolgicas imediatas, ou como reserva para uso posterior, em outros rgos [21, 47].

Zampier [23] analisou os teores de macro e micronutrientes por espectrometria de absoro atmica (FAAS) em folhas de 1 ano de idade de rvores nativas de erva-mate submetidas adubao com matria orgnica, sulfato de amnio, superfosfato simples e cloreto de potssio. Segundo esta pesquisadora, os teores de K, Ca, Mg, Mn e Cu foram significativamente maiores nos tratamentos submetidos adubao orgnica.

Bertoni e colaboradores [12] ressaltam que o tipo de solo, idade da planta, data de coleta e caractersticas climticas, influenciam significativamente na composio qumica da erva-mate.

2.0 TcNICAS DE EXTRAO APLICVEIS A PLANTAS

O preparo da amostra uma etapa importante na anlise de materiais de plantas, pois necessrio extrair os compostos qumicos para posterior separao e caracterizao [48].

Um extrato de planta pode ser definido como um composto ou mistura de compostos obtidos de plantas frescas ou secas, ou parte das plantas (flores, folhas, semente, raiz e casca), por diferentes mtodos de extrao. Caracteristicamente, os compostos ativos so obtidos juntamente com outros materiais presentes na massa vegetal (extrato) [49].

O desenvolvimento de tcnicas modernas de preparao de amostras com significantes vantagens sobre os mtodos convencionais, tambm



chamados oficiais (descritos em farmacopias de diversos pases), assume um papel importante em garantir a alta qualidade dos produtos provenientes de plantas.

Surgiram nos ltimos anos uma srie de novas tcnicas de extrao, como a micro-extrao em fase slida (SPME), extrao em fase slida (SPE), extrao assistida por microondas (MAE), extrao por fluido supercrtico (SFE) e extrao com lquidos pressurizados (PLE) (conhecida tambm como extrao por fluido pressurizado - PFE, ou extrao acelerada com solventes -ASE). Estas tcnicas so mais rpidas, utilizam menos solventes, diminuem a degradao da amostra, podem eliminar a etapa de "clean-up" da amostra, eliminam etapas de concentrao antes das anlises cromatogrficas, melhoram a eficincia de extrao, seletividade elou cintica, e so de fcil automao [50-55].

2.1 Extrao por macerao

A macerao uma tcnica na qual a extrao da planta realizada em um recipiente fechado, em temperatura ambiente, durante um longo perodo (horas ou dias), sob agitao ocasional e tambm sem renovao do solvente extrator. Esta tcnica utiliza os solventes orgnicos em funo da polaridade. Pela sua natureza, no conduz ao esgotamento da matria-prima vegetal, seja devido saturao do lquido extrato r ou ao estabelecimento de um equilbrio difusional entre o meio extrato r e o interior da clula [56].

2.2 Extrao com ultra-som

o ultra-som um processo que utiliza a energia das ondas sonoras que so transmitidas em freqncia superior da capacidade auditiva humana. O


PPGQ - UFRGS - TESE DE DOUTORADO ultra-som definido com freqncias acima de 20,0 kHz. Estas ondas sonoras criam uma variao de presso no lquido gerando a cavitao [57].

Os principais efeitos do ultra-som na extrao de plantas so: aumento da permeabilidade das paredes celulares, produo de cavitaes (formao espontnea de bolhas em um lquido abaixo do seu ponto de ebulio, resultando num forte estresse dinmico) e aumento do estresse mecnico das clulas, o que tambm chamado de frico interfacial [49].

Algumas clulas das plantas ocorrem na forma de glndulas (externas ou internas) preenchidas com o leo essencial. Uma caracterstica das glndulas externas que a membrana muito fina e pode ser facilmente destruda pelo colapso das bolhas de cavitao prximo a parede das clulas. Assim, facilita a penetrao dos solventes nas clulas e a liberao do contedo do leo no solvente [49,50].

O ultra-som pode facilitar a dilatao e hidratao do material da planta e causar alargamento dos poros da parede celular. Melhora a inchao e a razo de transferncia de massa e, ocasionalmente, quebra a parede celular, resultando no aumento da eficincia de extrao elou reduo do tempo de extrao [58].

Para as glndulas internas, importante reduzir o tamanho das partculas do material, aumentando assim o nmero de clulas diretamente expostas extrao por solvente com ultra-som.

Sumarizando, podemos dizer que os possveis benefcios do ultra-som na extrao so: o aumento da transferncia de massa, quebra das clulas vegetais, aumento na penetrao do solvente e diminuio de efeitos capilares [59].

O efeito do ultra-som no processo de extrao depende da freqncia, potncia do aparelho e do tempo de extrao [60].

Existem dois tipos distintos de aparelhos geradores de ondas ultra-sonoras [59,60]: o banho de ultra-som e a sonda, que podem ser visualizados na Figura 3.



No banho de ultra-som, o transdutor diretamente preso no fundo da cuba do aparelho e a energia ultra-sonora transmitida atravs de um lquido, usualmente a gua. A energia irradiada verticalmente pelas ondas sonoras geradas na base do banho e transmitidas atravs das paredes do vaso para o frasco com a mistura extratora [51,57].

Figura 3: Esquema geral de sistemas de aplicao de ondas ultra-sonoras no campo da qumica: (a) banho indireto, (b) banho direto e (c) sonda.

o banho de ultra-som, a mais ampla fonte laboratorial disponvel de irradiao ultra-snica, apresenta como vantagens uma melhor distribuio de energia atravs das paredes do vaso de extrao e o fato de no requerer adaptao especial para o frasco extrato r. Apresenta como desvantagens o fato de que a quantidade de energia fornecida para o frasco extrato r no



facilmente quantificvel, porque depende do tamanho do banho, do tipo de recipiente, da espessura das paredes do recipiente e da posio do frasco de extrao no banho. difcil controlar a temperatura do sistema, pois o equipamento tende a aquecer quando usado por longos perodos (a temperatura do meio extrator mais alta que a temperatura do I quido no banho) [49].

A sonda, por outro lado, encontra-se fixada na extremidade do amplificador do transdutor, em contato direto com o sistema extrator. Apresenta como vantagens a potncia totalmente disponvel (no h transferncia de irradiao ultra-snica pelas paredes do vaso) e a possibilidade de ser sintonizada para fornecer um melhor desempenho a diferentes potncias. Como desvantagens, apresenta: freqncia fixa, dificuldade de controle de temperatura em sistemas sem refrigerao e o fato de que espcies radicalares podem ser formadas na ponteira da sonda, conseqentemente apresentando problemas relacionados contaminao do meio extrator com a ponteira [51-57].

A eficincia da extrao por ultra-som comparvel, ou pode ser ainda melhor que a obtida por Soxhlet, e tem como vantagens: alta reprodutibilidade, possibilidade de utilizao de vrios tamanhos de amostra, rapidez de processamento da amostra e baixo custo.

Na rea de qumica analtica, a radiao de ultra-som tem sido usada freqentemente no pr-tratamento de amostras slidas, o que facilita e acelera operaes, tais como a extrao de compostos orgnicos e inorgnicos, disperso, homogeneizao, nebulizao, lavagem e derivatizao [61-63].

Nesta tcnica, a amostra moda misturada ao solvente e colocada em um recipiente, que imerso em um banho de ultra-som. A amostra submetida, geralmente, a vrios solventes em ordem crescente de polaridade, dependendo da classe de compostos a serem extrados, em um tempo determinado (muito menor do que na extrao por Soxhlet) e a uma freqncia prpria do banho. Aps, o extrato submetido filtrao e concentrao.



Exemplos de trabalhos publicados utilizando ultra-som como tcnicas de extrao de plantas esto apresentados na Tabela 11.

Tabela 11: Reviso da literatura sobre aplicao de ultra-som na extrao de plantas.

Amostra Analito Referncia N Hibiscus tiliaceus I. steres, cidos carboxlicos Melechi et aI. [64] Mentha x piperata mentol Shot~ruk et aI. [65] Fagopyrum hemicelulose Hromdkov et aI. [66] esculentum Ch preto, ch mate metilxantina Lacerda et aI. [24] Valerian officinalis I. bomeol Valachovic et aI. [41] Salvia officinalis cineol, bomeol Salisov et aI. [44] Chresta spp esterides e triterpenos Schinor et aI. [67] Macleaya cordata alcalides Zhal"!9. et ai [68] Sophora japonica antioxidantes Paniwnyk et aI. [69] Manjerona e organo cis-sabineno hidratado, terpineol-4 e Rodrigues [70]

a-terpineoi, timol e carvacrol Panax ginseng saponinas Wu et aI. [71] Soja gordura Stavarache et aI. [72] Celulose eucalipto P!QQ.as et aI. [73] Rosmarinus officinalis vitamina E Torre et aI. [74] Soja isoflavonas Rosta--.a.no et aI. [75] Pastinaca sativa furanocumarinas Sowa etal. [76] Flores de citros \inalol Alissandrakis et [77]

aI. Pisfachia vera antioxidantes Goli et aI. [78] Oleo vegetal cidos graxos Chemat et aI. [79] Eucommia ulmodies cidos clorognicos Li et aI. [80]

2.3 Extrao com lquido pressurizado (PLE)

A extrao com lquido pressurizado (PLE) uma tcnica de extrao relativamente nova, que utiliza solventes convencionais em elevada temperatura e presso, com o objetivo de melhorar extraes quantitativas de amostras slidas e semi-slidas [81-82]. A elevao da temperatura aumenta a solubilidade, razo de difuso e transferncia de massa, enquanto a viscosidade e a tenso superficial dos solventes so menores do que temperatura ambiente. Tambm ocorre a interrupo das fortes interaes soluto-matriz, causadas por foras de Van der Waals, pontes de hidrognio e interaes de dipolo entre as molculas do soluto e os stios ativos da matriz. A



alta presso melhora a penetrao do solvente na matriz, o que favorece a extrao. A tcnica de extrao com lquido pressurizado tem a vantagem de reduzir o tempo de extrao e o descarte de solventes [83].

o processo de extrao com lquido pressurizado (PLE) usando o equipamento ASE 300 constitudo de 6 etapas: 1) colocao da clula no fomo; 2) preenchimento da clula com solvente; 3) extrao esttica; 4) flushing com solvente novo; 5) purga do solvente do sistema com liberao da presso residual e 6) esvaziamento da clula. Um esquema geral do equipamento assim como a descrio das principais etapas pode ser visualizado na Figura 4.

Uma presso controlada aplicada clula de extrao contendo uma quantidade de amostra conhecida. A clula mantida aquecida (temperatura constante) durante todo o tempo de extrao. Aps a extrao, o extrato liberado atravs da passagem de gs inerte (N2 ultra-puro) e a amostra lavada com uma quantidade definida do mesmo solvente usado na extrao (flushing). O extrato e o lquido de lavagem so coletados em um frasco apropriado.

Neste sistema, o processo de extrao realizado em temperaturas que excedem o ponto normal de ebulio do solvente, e, dessa forma, a presso na clula de extrao deve permanecer alta para manter o solvente no estado lquido. Temperatura e presso influenciam na eficincia do processo. Devido s altas presses e temperaturas utilizadas, a capacidade de sOlubilizao, a difusividade e a cintica de extrao so aumentadas, acompanhadas por uma diminuio dos tempos de extrao e volumes de solventes [52].

Desde o desenvolvimento do primeiro aparelho de extrao acelerada com solvente, em 1995, poucas referncias podem ser encontradas quanto aplicao da mesma na extrao de plantas [84].



Figura 4: (A) Esquema geral do Equi~amento e (B) Etapas da extrao com lquido pressurizado no sistema ASE M: 1 )colocao da clula no forno; 2) preenchimento da clula com solvente; 3) extrao esttica; 4) flushing com solvente novo; 5) purga do solvente do sistema com liberao da presso residual e 6) esvaziamento da clula.



2.3.1 Vantagens e desvantagens da extrao com lquido pressurizado

o uso da extrao acelerada por solventes apresenta algumas vantagens e desvantagens sobre a utilizao de tcnicas convencionais de extrao:

Vantagens:

Reduzido tempo de extrao;

Fcil de operar;

Preparo da amostra antes da extrao fcil e rpido;

Alta presso durante a extrao permite a extrao de compostos termicamente degradveis;

Pode-se utilizar somente um solvente ou uma mistura de solventes;

Utiliza pouco solvente;

Sistema automatizado; resultando em alta reprodutibilidade dos parmetros de extrao (temperatura, presso, tempo esttico, volume de "f/ush");

Extrao de vrias amostras em um ciclo.

Desvantagens:

Alto custo do equipamento;

A extrao no seletiva;

"Clean-up" geralmente necessrio antes das anlises cromatogrficas.

Desde o desenvolvimento do primeiro aparelho de extrao acelerada com solvente, em 1995, poucas referncias podem ser encontradas quanto aplicao da mesma na extrao de plantas [84].



Algumas referncias bibliogrficas utilizando extrao acelerada por solventes aplicadas a plantas encontram-se resumidas na Tabela 111.

Tabela 111: Reviso da literatura sobre aplicao da extrao com lquido pressurizado (PLE) na extrao de plantas.

amostra analito Referncia N

Ch preto,caf cafena Dawidowicz et aI. 85

Ch preto, caf cafena Dawidowicz et aI. 86

Spirulina platensis antioxidantes Herrero, M. et aI. 87

Spirulina platensis antioxidantes Herrero, M. et aI. 88

Ma polifenis Alonso-Salces et aI. 89

Castanha vitamina E Delgado-Zamarreno et aI. 90

Soja i soflavonas Rostagno et aI. 91 Alecrim antioxidantes Herrero, M. et aI. 92

Curcuma phaeocaulis sesquiterpenos Yang et aI. 93

Plantas medicinais ginsenosdeos Choi et aI. 94

Plantas medicinais alcalides Ong et aI. 95

Soja isoflavonas Klejdus et aI. 96 Plantas medicinais timol, saponinas Benthin et aI. 97

Ch catequinas Pineiro et aI. 98

Juniperus virginianna cedrol, cedreno Eller et aI. 99

Angelica sinensis cido ferrlico Lao et aI. 100

Ma polifenis Alonso-Salces et aI. 101



2.4 Extrao com fluido supercrtico

A extrao com fluido supercrtico uma operao unitria que explora as propriedades dos solventes acima de seus pontos crticos [102,103].

o solvente chamado de supercrtico porque se encontra acima de sua temperatura crtica e de sua presso crtica. A temperatura crtica a temperatura mais alta, na qual um gs pode ser convertido em lquido pelo aumento da presso. Por sua vez, a presso crtica a presso mais elevada, na qual o lquido pode ser convertido em gs pelo aumento da temperatura [104-106]. Neste estado, comparativamente aos lquidos, o solvente apresenta coeficiente de difuso mais alto, viscosidade mais baixa e maior densidade do que os gases. As viscosidades mais baixas e as taxas de difuso mais altas do fluido supercrtico o tornam adequado para extrao de compostos presentes em matrizes slidas, por exemplo, extratos de plantas [107 -110].

A densidade, viscosidade e difusividade so propriedades da regio crtica que so afetadas por mudanas na temperatura e/ou presso. O aumento da presso leva a maior densidade (o que favorece o rendimento do processo), por outro lado, menores difusividades e maiores viscosidades so produzidas (o que desfavorece o rendimento) [111-114]. Estas propriedades so apresentadas na Tabela IV [58].

Tabela IV: Propriedades termodinmicas dos fluidos [58].

Estado do Densidade Difusividade Viscosidade Fludo (g.cm -3) (cm2 . seg-1) (g. cm-1. seg-1) Gs

(0,6-2) x 10-3 0,1-0,4 (1-3) X 10-4 Lquido

0,6-1,6 (0,2-2) x 10-5 (0,2-3) x 10-2 Supercrtico

0,2-0,5 0,7 x 10-3 (1-3) x 10-4


PPGQ - UFRGS - TESE DE DOUTORADO A temperatura apresenta, em determinado limite, um efeito oposto ao da

presso: o incremento da temperatura ocasiona uma diminuio na densidade (desfavorece o rendimento), um aumento na difusividade e diminuio da viscosidade (favorece o rendimento). H de se salientar tambm, que o aumento da temperatura ocasiona um aumento na presso de vapor do leo, favorecendo o incremento do rendimento na extrao. Assim, o efeito da temperatura e presso complexo, e o seu entendimento de fundamental importncia na anlise do processo de SFE [115-118].

2.4.1 Dixido de carbono como solvente

o dixido de carbono (C02) um solvente particularmente atrativo para aplicao em alimentos, mais especificamente em plantas, pois, alm de atender aos critrios para escolha do solvente, apresenta certas caractersticas que comprovam a sua habilidade e justificam seu uso. No caso do C02, o ponto crtico alcanado sobre a curva lquido-gs a uma temperatura prxima ambiente (31,3 C) e presso relativamente baixa de 73 atm.

o CO2 supercrtico completamente miscvel em hidrocarbonetos de baixo peso molecular e em compostos orgnicos oxigenados. Sua solubilidade mtua com a gua pequena, o que possibilita sua utilizao na extrao de compostos orgnicos de solues aquosas. Tem alta volatilidade, comparado com qualquer composto orgnico, facilitando a separao e possibilitando a recuperao do produto e sua recirculao como solvente. As propriedades de transporte so favorveis, pois apresenta baixa viscosidade e alto coeficiente de difuso. Com seu baixo calor de vaporizao, especialmente perto do ponto crtico, o consumo de energia em muitos processos baixo [119].

No estado lquido, o C02 miscvel com todos os solventes lquidos comuns, do metano I ao pentano, e com hidrocarbonetos monoterpnicos puros, monoterpenos aldedicos e todos os cidos carbnicos lquidos [120].



2.4.2 Tcnica de extrao supercrtica

A SFE uma tcnica analtica que apresenta meios bastante atrativos para o processamento de produtos de ocorrncia natural, devido a vrias caractersticas distintas, tais como a facilidade de recuperao do soluto e reciclagem do solvente com a simples manipulao de temperatura e/ou presso, a possibilidade de direcionar a separao pela escolha das condies termodinmicas de temperatura e/ou presso, e, com isso, a sintonia do poder de solvncia do fluido usado na extrao para uma determinada extrao e/ou separao, e o controle da seletividade do processo pela escolha apropriada do solvente e da combinao solvente/co-solvente utilizados [121].

Vrios trabalhos so apresentados na literatura relacionados ao emprego de fluidos supercrticos como solventes na extrao de compostos naturais. Os resultados apresentados apontam para um aumento considervel no rendimento do processo, atravs do emprego de um solvente atxico, totalmente liberado no final do processo e da utilizao de temperaturas amenas, evitando a possvel degradao de compostos termolbeis. Em adio, os meios supercrticos permitem ainda elevada controlabilidade no poder de solvatao do solvente, possibilitando processos simples e pouco onerosos de separao aps a extrao. Tais caractersticas dos meios supercrticos so de grande valia para a extrao e a obteno de produtos naturais de alto valor, tanto que tem sido amplamente empregados.

Na Tabela V so apresentadas algumas referncias bibliogrficas encontradas na literatura sobre a tcnica de SFE aplicada extrao de produtos naturais.



Tabela V: Aplicaes da extrao com fludo supercrtico em plantas.

Amostra Analito Referncia N lIex paraguariensis metilxantinas Saldana et aI. 122 lIex paraguariensis alcalides Saldana et aI. 123 lIex paraguariensis cafena, teobromina, Esmelindro et aI. 124

esqualeno, fitol, vitamina E, cido palmtico, esterides.

Laurus nobilis L. cineol, linalol, metil eugenol Caredda et aI. 125 Lupinus spp alcalides Lanas et aI. 126 Carum copticum timol, mirceno, limoneno Khajeh et aI. 127 Mentha pulegium L. menta Aghel et aI. 128 Zataria multiflora Boiss timol, terpineno, p-cimeno Ebrahimzadeh et aI. 129 Hypericum perforatum alcanos, cidos orgnicos e Seger et aI. 130 L. steres Ginkgo biloba flavanides e terpenides Yang et aI. 131

cis-sabineno hidratado, 132 Majorana horlensis acetato de cis-sabineno Rodrigues et aI. Moench hidratado, terpineol-4 e 0.-

terpineol. Origanum vulgare cis-trans-sabineno Rodrigues et aI. 133

hidratado, timol Euphorbia macrocfada hidrocarbonetos zcan etal. 134 Tabemaemontana alcalides Pereira et.al. 135 catharinensis Pistachia vera antioxidantes Goli et.al. 136 Lupinus spp, Plinia alcalides Lanas et aI. 137 pinnata Ch catequinas Chang et aI. 138

o.-pineno, l3-pineno, 139 Ferufa assa-foetida mirceno, limoneno, 13- Khajeh et aI.

ocimeno cido hexadecanico, 140

Foenicufum vufgare Mil! tetradecano,sabineno, 0.- Khajeh et aI. pineno, mirceno

Jugfans regia L compostos fenlicos Amaral et aI. 141

2.4.3 Equipamento tpico da extrao supercrtica

o sistema de extrao por C02 supercrtico consiste basicamente de cinco componentes: (A) fonte de C02; (8) bomba de alta presso; (C) cela de extrao; (O) restrito r de presso e (E) coletor, alm dos sistemas controladores de temperatura e presso [142], conforme pode ser visualizado na Figura 5.



o C02 fornecido ao sistema j pressurizado atravs de cilindros sifonados. A presso de operao, se superior a do cilindro, obtida por uma bomba de alta presso. A matriz do soluto "lavada" pelo solvente no extrato r e a mistura solvente-soluto submetida a uma descompresso por vlvula redutora de presso. A mistura passa a ser, ento, gs-soluto, sendo este recolhido no separador para posterior anlise. O gs que emana do separador pode ser recirculado, quando em escala preparativa.

Figura 5: Esquema representativo de um processo de extrao supercrtica, composto por: cilindro sifonado do solvente, bomba de alta presso, clula de extrao, vlvula de descompresso e frasco coletor.

2.5 Comparao das tcnicas de extrao

Na Tabela VI so comparadas as principais vantagens e desvantagens das diferentes tcnicas de extrao utilizadas.



Tabela VI: Comparao entre mtodos de extrao utilizados em plantas.

Tcnica Vantagens Desvantagens mtodo padro; tempo elevado de extrao;

Macerao grande quantidade de amostra; grande quantidade de solvente; baixo custo. exposio do analista a solventes; requer evaporao do solvente.

rpido; tamanho da amostra limitado; o CO2 no contaminante ambiental; depende da matriz; mtodo seletivo, pode-se variar a alto custo.

SFE temperatura e presso; pequena quantidade de solvente; no requer filtrao; sem exposio a solventes; pode ser automatizado. rpido; grande quantidade de solvente; grande quantidade de amostra; trabalhoso;

Ultra-som baixo custo. requer filtrao; requer evaporao do solvente; exposio do analista a solventes.

rpido; custo muito elevado mnima quantidade de solvente;

PLE no requer filtrao; totalmente automatizado; fcil de usar

3.0 PLANEJAMENTO ESTATSTICO DE EXPERIMENTOS

As variveis de um planejamento estatstico representam caractersticas fsicas, qumicas ou fsico-qumicas, as quais definem ou influenciam uma determinada resposta. Em geral, estas variveis so avaliadas dentro de um campo experimental previamente delimitado [143].

A resoluo deste tipo de problema seguiu, durante muito tempo, metodologias baseadas no mtodo emprico de tentativa e erro, ou aquelas onde todas as variveis, menos uma, eram mantidas constantes. Na maioria das situaes, esta abordagem representa um gasto desnecessrio de tempo, esforo e recursos [144]. Em contraposio a essa sistemtica, a abordagem moderna utiliza metodologias estatsticas de planejamento e otimizao de experimentos, as quais tm se mostrado bastante promissoras [145]. Atravs de planejamentos experimentais baseados em princpios estatsticos, os



pesquisadores podem extrair do sistema em estudo o mximo de informao til, fazendo um nmero mnimo de experimentos [146].

Planejar experimentos definir uma seqncia de coleta de dados experimentais para atingir certos objetivos. De forma geral, podemos dividir as tcnicas de planejamento de experimentos em trs grandes grupos: a)para desvendar o grau de dependncia entre variveis e respostas; b )para desenvolver e discriminar modelos; c) para estimativa tima de parmetros dos modelos. Os dois ltimos grupos exigem modelos do processo/fenmeno (tericos ou semi-empricos) sob investigao [147].

Um experimento fatorial aquele que consiste em selecionar um nmero de variveis (fatores e condies) a serem investigadas realizando-se experimentos em todas as combinaes possveis destes nveis e fatores. Desta forma, um projeto fatorial 22 possui dois nveis e dois fatores requerendo quatro condies experimentais. O nmero de condies experimentais, obtidas a partir de um projeto fatorial, cresce exponencialmente com o aumento do nmero de nveis e/ou variveis empregadas. Por exemplo, com trs variveis e trs nveis, tm-se 27 condies experimentais.

Os experimentos fatoriais tm como caracterstica principal incluir, em cada ensaio completo, todas as combinaes possveis dos diferentes fatores ou conjuntos de tratamentos, exceto no caso particular dos experimentos fatoriais fracionrios [148].

Os experimentos fatoriais fracionrios so utilizados quando o nmero de experimentos a serem realizados elevado. Neste caso, pode-se realizar um planejamento com uma frao determinada do planejamento fatorial completo, denominado de frao meia. A construo dessa frao meia segue metodologia descrita nos modelos estatsticos [146].

importante salientar que nmeros de experimentos e nmero de condies experimentais so conceitos distintos, j que certo nmero de rplicas deve ser adicionado ao nmero de condies experimentais para fornecer o nmero de experimentos.



As rplicas ou repeties de experimentos so de fundamental importncia e servem para determinar o erro experimental na resposta em estudo e/ou a reprodutibilidade do esquema experimental utilizado (metodologia + equipamento).

Existem vrias maneiras de abordar tal aspecto durante o planejamento dos experimentos, sendo que a escolha da abordagem peculiar a cada experimento/equipamento e ser ditada, principalmente, pela experincia do analista [147).

4.0 ANLISE INSTRUMENTAL

4.1 Cromatografia gasosa (GC)

A cromatografia uma poderosa tcnica de separao usada para os componentes de uma mistura complexa. Os componentes da amostra so distribudos entre duas fases, uma das quais permanece estacionria, enquanto a outra elui entre os interstcios ou sobre a superfcie da fase estacionria. O movimento da fase mvel (FM) resulta numa migrao diferencial dos componentes da amostra. O mecanismo envolvido nesta migrao diferencial vai depender do tipo de fase mvel e estacionria utilizada [149,70).

A amostra, que pode ser um gs ou um lquido voltil, injetada no injetor do cromatgrafo atravs de uma micro-seringa ou de um sistema de injeo automtico, onde aquecida e vaporizada. Em determinadas temperaturas, as substncias vaporizam e, de acordo com as suas propriedades e as da fase estacionria, so retidas por determinado tempo, chegando sada da coluna em tempos diferentes. Os componentes da amostra movem-se na coluna numa velocidade determinada por vrios fatores, mas principalmente pela fora de reteno, que vai depender da solubilidade destes compostos na fase estacionria e da sua volatilidade na fase mvel. Os



componentes da amostra, j separados na coluna, entram no detector, onde so individualmente detectados [150,71].

Atualmente, a maioria dos espectrmetros de massas conectada a um cromatgrafo a gs (GC/MS) ou lquido (LC/MS), assim este ltimo serve como um meio de separao dos analitos e posterior introduo no espectrmetro de massas. O tipo de fonte de ionizao mais comum em espectrometria de massas a de impacto por eltrons (EI), a qual emprega um filamento aquecido para gerar eltrons com energia suficiente para provocar ionizao dos analitos de interesse, mediante impacto destes eltrons energizados. Os ons formados so direcionados para o analisador, cuja funo separ-los de acordo com sua relao massa/carga (m/z) [151,72].

GC/MS uma tcnica muito utilizada pelos pesquisadores para anlise de extratos de plantas, pois permite a separao dos componentes vaporizveis e fornece um espectro de massas para cada pico. Esse espectro indica a massa molecular e o padro de fragmentao. Pela massa molecular obtm-se dados sobre a classe qumica a qual a substncia pertence, enquanto que o padro de fragmentao serve para comparar com os dados da biblioteca de espectros de massas do computador. Uma vez feita a comparao, o computador mostra as probabilidades quanto identidade da substncia analisada. Para aumentar a sensibilidade e melhorar a seletividade da tcnica GC/MS, os analitos podem ser analisados no modo SIM (monitoramento de ons selecionados) [152,73].

Para selecionar os ons a serem monitorados, analisa-se o espectro de massas de cada composto, ou classe de compostos tentativamente identificados e realiza-se uma nova injeo da amostra marcando estes ons. Tem-se, desta forma, a transformao do espectrmetro de massas de detector universal para detector seletivo. O cromatograma resultante (MIC -Monitoring lon Chromatogram) difere do cromatograma inicial (TIC - Total lon Chromatogram) por apresentar maior sensibilidade, maior seletividade e menor nmero de picos.

Rosnge1a Assis Jacques 33


4.2 Espectroscopia de absoro atmica (FAAS)

Essa tcnica de determinao de elementos qumicos envolve a absoro ou emisso de luz por tomos, causada pela absoro de uma determinada forma de energia, que altera a estabilidade da configurao eletrnica destes elementos, promovendo a excitao de eltrons. Aps este estado de instabilidade, o tomo imediatamente retorna forma estvel. Esse processo libera energia em quantidades proporcionais quelas absorvidas na excitao, e os comprimentos de onda de energia emitida so caractersticos de cada elemento. Portanto, cada comprimento de onda da radiao absorvida ou emitida corresponde a um determinado elemento [74,154].

A energia absorvida ou emitida no processo mensurada e aplicada a trs campos da espectroscopia atmica: absoro, emisso e plasma. No caso da emisso atmica, a amostra recebe uma carga de energia, produzindo a excitao dos eltrons aptos a emitir luz. Caso o tomo absorva luz com comprimento de onda especfico para atingir o estado de excitao, o processo chamado de absoro atmica. Em emisso atmica, a energia de excitao gerada por uma chama, enquanto que o processo de absoro atmica utiliza principalmente uma lmpada (ctodo oco) como fonte de energia. Existem lmpadas que emitem espectro de um s elemento, como tambm lmpadas para vrios elementos, ficando a cargo de o monocromador selecionar o comprimento de onda desejado.

o processo que utiliza lmpada de ctodo oco para anlise simples, ou seja, de um elemento cada vez, mais confivel, pois produz uma intensidade de emisso superior quela da lmpada para anlise de vrios elementos, o que compromete a anlise quando uma maior preciso exigida [75,155]. Foram desenvolvidos equipamentos que utilizam processadores altamente especializados nas determinaes qumicas. A automatizao proporcionou agilidade e confiabilidade s anlises, calibrando e tornando estas curvas de calibrao mais precisas, fornecendo resultados e correlaes entre dados de absorbncia e concentrao com maior exatido [76,156].



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CAPITULO 3:

DETERMINAO DOS MINERAIS DAS FOLHAS DE ERVA-MATE

CULTIVADAS SOB DIFERENTES CONDiES AGRONMICAS-



1.0 EXPERIMENTAL

1.1 Detalhamento experimental de campo

As amostras de erva-mate foram coletadas em um experimento de campo, montado nas dependncias da Indstria e Comrcio de Erva-Mate Baro Ltda., no municpio de Baro de Cotegipe - RS, com manejo realizado mediante controle de adubao, intensidade de luz e idade da folha. Neste experimento foram conduzidos oito (8) tratamentos, onde cada tratamento dispunha de sete (7) plantas para a coleta das amostras. Todas as plantas, no incio do experimento, tinham idade em torno de sete anos e foram podadas em condies idnticas. Neste ponto elas foram identificadas como tendo zero (O) meses de idade de folha.

o efeito da idade de folha foi avaliado com coletas semestrais, possibilitando a anlise de folhas de 6, 12, 18 e 24 meses, onde se alternam as fases de inverno e vero. Desta forma, as amostras de 6 e 18 meses corresponderam ao perodo de vero, e as amostras de 12 e 24 meses ao perodo de inverno.

o mtodo utilizado para investigar o efeito da adubao empregou quatro tratamentos diferentes: no primeiro deles (linha 1), nenhum adubo foi adicionado s plantas; no segundo (linha 2), foi aplicada uma dose de 300g/planta/ano de uria (fonte de nitrognio); no terceiro (linha 3) aplicou-se uma dose de 120 g/planta/ano de cloreto de potssio (fonte de potssio); no quarto tratamento (linha 4) foi aplicada uma dose de 300g/planta/ano de uria e mais 120 g/planta/ano de cloreto de potssio.

Para avaliar o efeito da incidncia de luz sobre a composio qumica da erva-mate, a rea experimental foi dividida em duas metades, sendo que em uma delas foi utilizada uma tela de sombreamento (sombrite), na qual 75% da luminosidade incidente retida, e na outra metade as plantas foram deixadas a pleno sol.



A Figura 6 mostra o experimento de campo que evidencia o controle de intensidade de luz.

(a) (b) Figura 6: Foto ilustrativa do experimento de campo: (a) rea a pleno sol e (b) rea sombreada.

1.2 Amostras

A amostra de cada tratamento constituiu-se de ramos e folhas de sete (7) plantas. Em cada uma destas sete plantas foram coletados de 500 a 600 g de folhas e ramos do tero superior, mdio e inferior. Para cada tratamento foram retirados 4 kg de amostras homogeneizadas, para cada idade de poda.

Aps a coleta, as amostras foram submetidas ao processo de secagem em estufa com recirculao de ar por um perodo de 24 horas, a uma temperatura entre 32 e 35 C.

A umidade total das amostras foi determinada segundo o mtodo padro do Instituto Adolfo Lutz (IAL) citado por Valduga [7], ficando em torno de 5 % para todas as amostras. Aps a secagem, as amostras foram modas e classificadas quanto granulometria, em peneiras Tyler (40 mesh). Para evitar a oxidao, as amostras foram acondicionadas em ambiente inerte (com N2) dentro de frascos de vidro e armazenadas em refrigerador (6 a 8C) at o momento da extrao.


PPGQ - UFRGS - TESE DE DOUTORADO 1.2.1 Digesto das amostras

As amostras de cada tratamento (3g) foram calcinadas a 700 C por um perodo de 5 horas, at a decomposio de toda a matria orgnica. As cinzas obtidas foram solubilizadas em 2 mL de cido ntrico e 2 mL de perxido de hidrognio a 30% e aquecidas at a obteno uma soluo clara. Posteriormente, esta soluo foi transferida para bales volumtricos, completando-se o volume a 50 mL com gua deionizada.

1.3 Procedimento para determinao dos minerais

Para a determinao dos minerais foi utilizado um espectrmetro de absoro atmica com chama (F AAS) modelo Varian AA55.

Foram utilizadas lmpadas de ctodo oco de Ca, Mg, Na, Mn, Zn, Fe e Cu como fonte de radiao. Os elementos foram medidos em condies

yerba mate orgánica, composición,brasil.pdf

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