Reaproveitamento de resíduos agrícolas e agroindustriais provenientes do processamento de commodities : caracterização de pectinas da polpa de café e casca de soja

Abstract

Resumo: Pectinas são polissacarídeos vegetais ricos em ácido galacturônico com diversas aplicações na indústria de alimentos, principalmente como agente gelificante. As principais matérias-primas utilizadas para a extração industrial de pectina são a casca dos cítricos e o bagaço de maçã. Entretanto, novas fontes vêm sendo estudadas com o intuito de atender à crescente demanda pelo produto. Desta forma, o objetivo deste estudo foi investigar o potencial de utilização da polpa de café e da casca de soja, duas matérias-primas facilmente acessíveis no Brasil para a extração de pectinas com características comerciais. Após extrações ácidas, as pectinas foram caracterizadas utilizando métodos colorimétricos, cromatográficos e espectroscópicos. A polpa de café foi liofilizada, tratada com etanol e extraída sequencialmente com HNO3 fervente a 0,1 M por 30 min, resultando nas frações CAP-1 e CAP-2. O rendimento total de pectinas foi de ~18% e o teor de ácido galacturônico de 79,5% para CAP-1 e 85,6% para CAP-2, no material livre de umidade e cinzas. As massas molares foram de 3,921.105 g/mol para CAP-1 e 2,642.105 g/mol para CAP-2. Foram encontradas baixas concentrações de proteínas e fenólicos para ambas as frações, assim como baixo grau de acetilação. Ambas foram classificadas como pectinas HM, com um DM de 63,2% (CAP-1) e 74,1% (CAP-2). Curvas de viscosidade a 25°C de soluções a 5% das pectinas em água mostraram um comportamento pseudoplástico, sendo que CAP-2 demonstrou maior pseudoplasticidade. Varreduras de frequência revelaram que as soluções se comportaram como géis fracos. Soluções a 1% de CAP-1 em água e NaCl 0,1 M e 1,0 M mostraram que quando o pH < pKa, a viscosidade das soluções aumentou na presença do sal, já quando o pH > pKa, um efeito oposto foi observado. Géis foram obtidos utilizando CAP-1 como agente gelificante em diferentes pHs (1,5-3,0), concentrações de pectina (0,5-2,5%), sacarose (55-65%) e xilitol (55-60%). O efeito da temperatura na formação desses géis também foi avaliado. As pectinas da casca de soja moída foram extraídas com HCl 0,1 M a 90°C por 45 min (extração A) e com HNO3 0,14 M fervente por 30min (extração B) e 60 min (extração C). As extrações A, B e C resultaram em pectinas com conteúdo de ácidos urônicos de 32,1%, 37,2% e 41,5%, respectivamente, abaixo dos parâmetros comerciais (>65%). Cascas de soja provenientes de diferentes fornecedores foram utilizadas para a extração de pectinas, corroborando os resultados iniciais. Os conteúdos de manose e galactose foram altos, indicando a presença de galactomananas, o que foi confirmado por RMN. Uma extração aquosa a 40°C por 16 h foi realizada com o intuito de remover a galactomanana e extrações ácidas foram conduzidas com o material residual. O conteúdo de ácidos urônicos do material proveniente da extração ácida aumentou e uma análise de FT-IR indicou um DM de 29,3% para a pectina da casca de soja. Entretanto, a pectina ainda apresentou um teor de ácidos urônicos < 65%. Os resultados obtidos demonstraram que a extração ácida da casca de soja não fornece pectinas com características adequadas para uso comercial. Já a polpa de café, pode ser usada para a obtenção de pectinas com propriedades gelificantes e que atendem aos requisitos comercias.

Abstract: Pectins are plant polysaccharides rich in galacturonic acid with several applications in the food industry, mainly as gelling agent. The main raw materials used for industrial extraction of pectin are citrus peel and apple pomace. However new alternative sources have been studied aiming to supply the growing demand for the product. Thus, the objective of the study was to investigate the potential of utilization of coffee pulp and soy hull, both easily accessible in Brazil, for the extraction of pectins with commercial characteristics. After acid extractions, pectins were characterized using colorimetric, chromatographic and spectroscopic methods. Coffee pulp was lyophilized, treated with ethanol and sequentially extracted with boiling 0.1 M HNO3 for 30 min, giving rise to fractions CAP-1 and CAP-2. The total yield of pectins was ~18% and the galacturonic acid content of 79.5% for CAP-1 and 85.6% for CAP-2, on the ash and moisture-free substances. The molar masses were 3.921.105 for CAP-1 and 2.642.105 for CAP-2. Low concentration of proteins and phenolics were found for both fractions, as well as low degree of acetylation. Both were classified as HM pectins, with DM of 63.2% (CAP-1) and 74.1% (CAP-2). Viscosity curves at 25°C of 5% pectin solutions in water showed a pseudoplastic behavior and CAP-2 demonstrated higher pseudoplasticity. Frequency sweeps revealed that the solutions behaved as weak gels. 1% solutions of CAP-1 in water and 0.1 and 1.0 M NaCl showed that when the pH < pKa, the viscosity of the solutions increased in the presence of the salt, while at pH > pKa, the opposite effect was observed. Gels were formed using CAP-1 as a gelling agent in different pHs (1.5-3.0) and concentrations of pectin (0.5-2.5%), sucrose (55-65%) and xylitol (55-60%). The effect of temperature on the formation of the gels was also evaluated. Soy hull pectins were extracted with 0.1 M HCl at 90°C for 45 min (extraction A) and with boiling 0.14 M HNO3 for 30 min (extraction B) and 60 min (extraction C). Extractions A, B and C resulted in pectins with uronic acid contents of 32.1%, 37.2% and 41.5%, respectively, lower than the commercial parameters (>65%). Soy hulls from different suppliers were used in order to extract pectins and the previous results were corroborated. Mannose and galactose content were high, indicating that a galactomannan was being coextracted in the acid extractions, which was confirmed by NMR. An extraction with water at 40°C for 16h was carried out aiming to remove the galactomannan and then acid extractions were performed with the residual material. The uronic acid content of the material coming from the acid extractions increased and a FT-IR analysis revealed a DM of 29.3% for soy hull pectin. However, the pectin still had an uronic acid content < 65%. The results demonstrated that the acid extraction of soy hull does not provide pectin with suitable characteristics for commercial use. On the other hand, coffee pulp can be used for the obtention of pectin with gelling properties and that fulfill the commercial requirements.