Avaliação da participação da cafeína em sistema de duas faces aquosas convencional (SDFA) e composto por líquido iônico (LI_SDFA)

Abstract

Resumo: A extração de compostos de origem biológica demanda técnicas que ofereçam elevados níveis de pureza e que possibilitem o uso da molécula de interesse nas indústrias farmacêutica, química e de alimentos. Os métodos de extração aplicados usualmente apresentam possibilidades de presença de resíduos orgânicos, altos custo e consumo energético, além de problemas de cunho ambiental. Uma alternativa para separação de biocompostos é a extração em Sistemas de Duas Fases Aquosas (SDFA), fundamentada na formação de duas fases aquosas imiscíveis (ou parcialmente miscíveis) entre si, nas quais as moléculas de interesse se particionam de acordo com suas afinidades pelas fases do sistema. Assim, este trabalho teve por objetivo obter dados de equilíbrio líquidolíquido (ELL) e avaliar a partição da cafeína em SDFA convencionais (utilizando polietileno glicol e sal inorgânico) e compostos por líquido iônico e sal inorgânico (LISDFA), de forma a avaliar o emprego de líquido iônico (LI) como substituinte do polímero em SDFA. Para tanto, dados de equilíbrio líquido-líquido (ELL) dos SDFA e LI-SDFA investigados (com e sem adição de cafeína) foram obtidos nas temperaturas estudadas, consistindo em curvas binodais, linhas de amarração (LA), comprimento das linhas de amarração (CLA) e inclinação das linhas de amarração (ILA), de forma que o coeficiente de partição ( ) da cafeína também pôde ser relacionado com esses parâmetros termodinâmicos. Foi investigada a influência de vários parâmetros dos SDFA e LI-SDFA no coeficiente de partição como temperatura (T), massa molar (MM) do polímero, natureza do sal inorgânico. A consistência termodinâmica dos dados de ELL obtidos foi verificada através das correlações de Othmer-Tobias (1942) e Hand (1930). Independente do sistema, a cafeína apresentou maior afinidade pelas fases orgânicas (ricas em PEG ou BMI.BF4) e o coeficiente de partição mostrou ser inversamente proporcional à MM do polímero; diretamente proporcional à temperatura do sistema e com tendência a seguir a série de Hofmeister em relação ao sal inorgânico . Foi observado também que a adição de cafeína não exerceu grande influência sobre os dados de ELL dos sistemas investigados.

Abstract: This study aimed to obtain liquid-liquid equilibrium (LLE) data and evaluate caffeine partitioning in conventional ATPS (using polyethylene glycol and inorganic salt) and composed by ionic liquid (LI) and inorganic salt (IL-ATPS) in order to evaluate the IL as polymer substituent in ATPS. Biological compounds extraction demands techniques that provide high levels of purity and to enable the use of the molecule of interest in the pharmaceutical, chemical and food industries. The extraction methods usually applied present possibilities of presence of organic residues, high cost and energy consumption, and environmental nature problems. An alternative to biocompounds separation is the use of extraction in Aqueous Two Phase Systems (ATPS), based on the formation of two immiscible (or partially miscible) aqueous phases, in which the molecules of interest are partitioned accordingly to their affinities by the phases of the system. Therefore, Liquid-Liquid Equilibrium data (LLE) of both ATPS and LI-ATPS investigated (with and without caffeine) were obtained at studied temperatures, consisting of binodal curves, tie-lines (TL), tie-line length (TLL) and slope of the tieline (STL), so that the caffeine partition coefficient (k) also could be related to these thermodynamic parameters. It was investigated the influence of several parameters of ATPS and IL-ATPS on partition coefficient as temperature, molar weight (MW) of the polymer, source of the inorganic salt. Othmer-Tobias (1942) and Hand (1930) equations were applied for verification of LLE data thermodynamics consistence. Regardless of the system, caffeine presented greater affinity for organic phases (rich in PEG or BMI.BF4) and the partition coefficient showed to be inversely proportional to the polymer MW; increase with the system temperature and tendency to follow the Hofmeister Series in relation to the inorganic salt . Also, it was observed that the addition of caffeine did not exert great influence on LLE data of the investigated systems.