Estudo da extração sólido-líquido e dos processos de separação por membranas para obtenção de extratos e aromas do murici vermelho (Byrsonima ligustrifolia)

Abstract

Resumo: O murici vermelho (Byrsonima ligustrifolia) é um fruto nativo da Mata Atlântica com características sensoriais peculiares e altas concentrações de compostos bioativos. Estes compostos auxiliam na prevenção de doenças, porém podem ser degradados durante o processamento dos alimentos. Este trabalho apresenta o estudo da obtenção de extrato aquoso de murici vermelho bruto e clarificado por membranas e da recuperação de aromas do extrato via pervaporação. Os processos de extração sólido-líquido em batelada foram conduzidos variando tempo (1 - 120 min), temperatura (25, 35, 45, 55 °C), proporção líquido:sólido (100:1, 150:1, 200:1 g de solvente: g de sólido) e tamanho de partícula (D = 1,59; 0,725; 0,3625; 0,15 mm). De maneira adicional, foram avaliados processos assistidos (solvente acidificado, ultrassom e enzimas). Foram avaliadas as concentrações de antocianinas e fenólicos totais nos extratos. O extrato bruto foi submetido à clarificação com membranas comerciais de microfiltração (MF-PEI: polieterimida, MF-Al: ?-alumina) e ultrafiltração (UF-PES: polietersulfona). Foram avaliadas a retenção de sólidos suspensos (turbidez) e a rejeição de compostos bioativos. Ensaios de estabilidade de cor e de antocianinas foram realizados com amostras de extrato bruto e clarificado em diferentes condições de armazenamento (4 °C, 20 °C, 20 °C + luz e 35 °C). O extrato clarificado foi submetido à pervaporação com membrana de PDMS para recuperação de aromas em diferentes pressões (1,5 e 3,0 kPa) e temperaturas (20, 30, 40 e 50 °C). As variáveis de processo mensuradas foram o fluxo de permeado e o fator de enriquecimento de compostos aromáticos identificados por CG-MS. A condição de extração mais adequada, visando rendimento e concentração de bioativos no extrato, foi de: 50 °C, 30 min, 100 g de solvente acidificado (ácido cítrico 0,3 % m/m): 1 g de sólido; diâmetro médio de partícula ? 0,72 mm, sem a necessidade de emprego de ultrassom ou enzimas. A clarificação do extrato por MF e UF removeu quase 100 % da turbidez inicial (aproximadamente 300 NTU). A membrana MF-PEI apresentou coeficientes de rejeição de compostos bioativos (entre 0,3 e 6,7 %) significativamente menores que os obtidos pela MF-Al e UF-PES (entre 13,3 e 49,1 %) e foi capaz de manter o fluxo de permeado praticamente constante durante 75 min de operação em batelada, mesmo atingindo fator de concentração acima de 10. A maior resistência do processo é a resistência intrínseca da membrana, polarização por concentração e fouling pouco influenciaram o fluxo de permeado. A MF-PEI foi considerada uma boa alternativa para clarificação do extrato de murici vermelho, gerando um produto com altas concentrações de bioativos e com capacidade de operar por longos períodos sem perder a produtividade. De acordo com os ensaios de estabilidade, os extratos devem ser armazenados sob refrigeração (4 °C) e ao abrigo de luz. A clarificação e adição de ácido cítrico reduziram a taxa de degradação de antocianinas. Por meio da recuperação de aromas via pervaporação foi possível identificar os compostos aromáticos presentes no extrato, destacando-se o hexanol, nonanal, decanal e geranil acetona. Considerando a recuperação de aromas e a produtividade, o extrato deve ser processado em temperaturas intermediárias (30 - 40 °C) e não necessita de alto vácuo. Conclui-se que, o uso do murici vermelho como matéria-prima na fabricação de extratos aquosos e aromas apresenta potencial de uso pela indústria de alimentos, incentiva a sua produção e valoriza a biodiversidade brasileira. Palavras-chave: Antocianinas. Fenólicos. Extração aquosa. Microfiltração. Ultrafiltração. Pervaporação.

Abstract: Red murici (Byrsonima ligustrifolia) is a fruit native to the Atlantic Forest with peculiar sensory characteristics and high levels of bioactive compounds. These compounds are related to diseases prevention, but can be degraded during food processing. The objective of this study was to obtain a red murici extract crude and clarified by membranes and to recover extract aromas via pervaporation. Batch solid-liquid extraction processes were carried out varying time (1 - 120 min), temperature (25, 35, 45, 55 °C), liquid:solid ratio (100:1, 150:1, 200:1 g of solvent: g of solid) and particle size (D = 1.59; 0.725; 0.3625; 0.15 mm). In addition, assisted batch extraction processes (acidified solvent, ultrasound and enzymes) were evaluated. Anthocyanin and total phenolics concentration in extracts were determined. The crude extract was clarified with commercial microfiltration (MF-PEI: polyetherimide, MF-Al: ?-alumina) and ultrafiltration (UF-PES: polyethersulfone) membranes. The retention of suspended solids (rabidity) and the rejection of bioactive compounds were evaluated. Color and anthocyanin stability of crude and clarified extracts were evaluated under different storage conditions (4 °C, 20 °C, 20 °C + light and 35 °C). The clarified extract was subjected to pervaporation with a PDMS membrane to recover aromas at different pressures (1.5 and 3.0 kPa) and temperatures (20, 30, 40 and 50 °C). The process was evaluated by the permeate flux and the enrichment factor of aromatic compounds identified by CG-MS. The condition that allowed better extraction of bioactive compounds was: 50 °C, 30 min, 100 g of acidified solvent (citric acid 0.3 % w/w): 1 g of solid; average particle diameter ? 0.72 mm, without ultrasound or enzymes. Extract clarification by MF and UF removed almost 100 % of the initial turbidity (about 300 NTU). The MF-PEI membrane showed lower rejection coefficients of bioactive compounds (between 0.3 and 6.7 %) than those obtained by MF-Al and UF-PES (between 13.3 and 49.1%) and was able to maintain the permeate flux practically constant during 75 min of operation, even reaching a concentration factor above 10. The greatest resistance of the process is the membrane, polarized layer and fouling hardly affected the permeate flux. The MF-PEI was considered a good alternative for clarifying red murici extract, generating a product rich in bioactive compounds and capable of operating for long periods without losing productivity. According to the stability tests, the extracts must be stored under refrigeration (4 °C) and protected from light. The clarification and addition of citric acid reduced the rate of anthocyanin degradation. The recovery of aromas via pervaporation allowed the aromatic compounds identification, highlighting: hexanol, nonanal, decanal and geranyl acetone. Considering aroma recovery and productivity, the extract must be processed at mild temperatures (30 - 40 °C) and does not require a high vacuum. The use of red murici as a feedstock in obtaining of aqueous extracts and aromas has a potential use by the food industry, encourages its production and values Brazilian biodiversity. Keywords: Anthocyanins. Phenolics. Aqueous extraction. Microfiltration. Ultrafiltration. Pervaporation.