Pectina extraída do bagaço de laranja (Citrus sinensis L. Osbeck) : caracterização química e reológica e hidrólise enzimática

Abstract

Resumo: O Brasil é o principal produtor de laranja (Citrus sinensis L. Osbeck) do mundo e, consequentemente, também é o país que mais processa esse fruto. A laranja é destinada principalmente para a produção de suco, gerando cerca de 5,6 milhões de toneladas de bagaço úmido de laranja ao ano, composto por casca, polpa e sementes. Esse bagaço é rico em polissacarídeos, principalmente a pectina. A pectina é composta diversos monossacarídeos, porém o ácido D-galacturônico (D-GalA) é o mais abundante, chegando a compor cerca de 70% dos monômeros da pectina da laranja. D-GalA pode ser utilizado como agente acidificante e como surfactante nas indústrias alimentícias e químicas, respectivamente. Além disso, D-GalA também pode ser convertido para os ácidos múcico e L-galactônico, importantes precursores de bioplásticos e aditivos cosméticos. O D-GalA pode ser obtido através da hidrólise da pectina, que pode ocorrer de duas formas: química e enzimática. A hidrólise química utiliza ácidos em altas temperaturas (80 a 100°C) e baixos valores de pH (1,0 a 3,0), podendo ocasionar a degradação dos produtos gerados, formando lactonas. A hidrólise enzimática utilizando pectinases evita estas condições drásticas, com temperaturas mais baixas (20 a 40°C) e valores pH mais altos (4,0 a 6,0). Contudo, a concentração de pectina na dispersão pode dificultar o processo de hidrólise enzimática, pois o aumento da viscosidade da suspensão pode causar problemas de transferência de massa, com consequente diminuição da atividade enzimática. Desse modo, a proposta do presente trabalho foi realizar uma extração com ácido cítrico do bagaço de laranja úmido, na forma em que é originado como resíduo pela indústria de suco, e realizar uma caracterização química e reológica da pectina extraída deste resíduo. Além disso, analisar o comportamento reológico desta pectina durante hidrólise enzimática com pectinases utilizando um reômetro rotacional. Os produtos da hidrólise foram analisados por HPLC o que possibilitou o estabelecimento de correlação entre a queda da viscosidade complexa com o teor de D-GalA produzido na hidrólise. As frações de pectinas do bagaço de laranja úmido (WOP-DI) e pectina cítrica da Sigma (CP) apresentaram perfis de eluições com um único pico alargado por HPSEC-MALLS-RI. A composição monossacarídica mostrou que a fração WOPDI apresentou 69% de D-GalA, valor mais próximo ao padrão CP utilizado, com cerca de 79% de D-GalA. O grau de metil-esterificação das amostras foi de 74% e 48%, respectivamente. Durante o ensaio de hidrólise enzimática, a viscosidade complexa da fração WOP-DI apresentou maior redução em relação à encontrada na fração CP. Os testes de HPLC confirmaram que houve a liberação de D-GalA durante a hidrólise enzimática para WOP-DI e CP. Ressalta-se que esse estudo foi o primeiro a propor a utilização da reologia para acompanhar a ação de pectinases com base na queda da viscosidade complexa de dispersões de pectina de bagaço de laranja em diferentes concentrações.

Abstract: Brazil is the main orange (Citrus sinensis L. Osbeck) producer in the world and consequently is also the country that processes this fruit the most. The orange is mainly destined to the production of orange juice, generating about 5.6 million tons per year of moist orange bagasse, composed of peel, pulp and seeds. This bagasse is rich in polysaccharides, mainly pectin. Pectin is composed of several monosaccharides, but D-galacturonic acid (D-GalA) is the most abundant, composing about 70% of monomers of orange pectin. D-GalA can be used as an acidifier and surfactant in the food and chemical industries, respectively. In addition, D-GalA can also be converted to mucic and L-galactonic acids, important precursors of bioplastics and cosmetic additives. D-GalA can be obtained by hydrolysis of pectin either by chemical or enzymatic processes. Chemical hydrolysis uses acids at high temperatures (80 to 100°C) and low pH values (1.0 to 3.0) that can cause degradation of the products into lactones. Enzymatic hydrolysis using pectinases avoids these drastic conditions, with lower temperatures (20 to 40°C) and higher pH values (4.0 to 6.0) are used. However, the concentration of pectin in the dispersion can interfere with the enzymatic hydrolysis, decreasing enzyme activity due to mass transfer problems. Thus, the purpose of this work was to perform an extraction with citric acid from the wet orange bagasse, in the form in which it is originated as a residue by the juice industry, and to perform a chemical and rheological characterization of the pectin extracted from this residue. In addition, to analyze the rheological behavior of this pectin during enzymatic hydrolysis with pectinases using a rotational rheometer. The hydrolysis products were analyzed by HPLC which made it possible to establish a correlation between the drop in complex viscosity and the D-GalA content produced by the hydrolysis. The fractions of pectin from wet orange bagasse (WOP-DI) and citric pectin from Sigma (CP) presented a broad peak elution profiles by HPSEC-MALLS-RI. The monosaccharide composition showed that the WOP-DI fraction presented 69% (w/w) of D-GalA, a value closer to the CP standard used, with about 79% (w/w) of D-GalA. The degree of methylesterification of the samples was 74% and 48%, respectively. During the enzymatic hydrolysis assay, the complex viscosity of the WOP-DI fraction showed a greater reduction in relation to that found in the CP fraction. HPLC tests confirmed that D-GalA was released during enzymatic hydrolysis for WOP-DI and CP. It should be noted that this study was the first to propose the use of rheology to follow the action of pectinases based on the drop in complex viscosity of pectin dispersions from orange bagasse at different concentrations.