Pectinas de polpa de gabiroba : extração com água quente pressurizada (PHWE), caracterização química, físico-químicas e desenvolvimento de filme biodegradável

Abstract

Resumo: As pectinas vêm sendo utilizadas em diversos segmentos industriais. Assim, é de interesse buscar fontes alternativas e novas técnicas de extração a fim de se obter moléculas diferenciadas, pois a sua aplicação está diretamente relacionada com a diversidade de sua estrutura e propriedades físico-químicas. A estrutura química deste polissacarídeo varia dependendo da fonte vegetal, da parte constituinte da planta e do método de extração. No entanto, a extração de pectinas por água quente pressurizada (PHWE) tem se mostrado menos agressiva, com menor alteração da estrutura química, mantendo as propriedades físico-químicas próximas as observadas in natura. Portanto, este trabalho teve como objetivo otimizar o processo de extração de pectina de gabiroba (Campomanesia xanthocarpa Berg) utilizando o método alternativo por PHWE e caracterizar quimicamente os polissacarídeos obtidos em diferentes condições. Os efeitos da pressão, temperatura e vazão nos rendimentos de pectina foram analisados por meio de um planejamento experimental fatorial completo 23. As condições ótimas de extração para atingir o rendimento máximo de pectina (5,70% em massa) foram pressão de 150 bar, temperatura de 120 °C e vazão de 1,5 mL min? 1. A alta pressão (100 bar) promoveu um aumento no teor de ácido galacturônico (36,0%) em relação à extração convencional com água quente (CEGP) com 25,7%. Diferenças nas proporções dos domínios homogalacturonana (HG) e rhamnogalacturonana (RG-I) variando de 16,3 a 35,4% e 61,7 a 80,1%, respectivamente, foram observadas para cada amostra de pectina de acordo com as condições de extração. As análises unidimensionais (13C-RMN) e bidimensionais (1H/13C HSQC-RMN) confirmaram a presença de regiões HG e RG-I e indicaram a presença de arabinogalactanas tipo I (AG-I) e arabinogalactanas tipo II (AG-II) nas amostras de pectina PHWE, sendo as AG-I e AG-II encontradas somente para as pectinas da polpa de gabiroba obtidas pelo método PHWE. A PHWE se mostrou um método promissor para a extração de pectinas de frutos de gabiroba e realizado pela primeira vez para obtenção de polissacarídeos de gabiroba. Para a elaboração de filmes biodegradáveis de pectinas reticulados com íon cálcio, a pectina cítrica comercial HM, foi purificada e parcialmente desesterificada. O grau de metilesterificação (DM) variou de 0% a 62,5% e o processo de desesterificação gradual foi confirmado por análise monodimensional (1H-RMN). Com o objetivo de investigar a influência dos valores de DM nas propriedades do filme de pectina, as amostras PCP (DM: 62,5%); PCP- 5 (DM: 37,4%); PCP-15 (DM: 19,1%) e a totalmente desesterificada PCP-35 (DM: 0%) foram selecionadas. As melhores condições de preparo foram padronizadas seguindo a concentração de 2% (m/v) de pectina, 50% (m/m) de glicerol e 25 mg g-1 de CaCl2 pectina, obtendo-se filmes homogêneos e íntegros. A segunda etapa foi adicionada à preparação dos filmes consistindo na imersão em uma solução contendo CaCl2 (3% m/v) e glicerol (10% v/v) para a obtenção de um material com propriedades de barreira à água. As pectinas purificadas (GW-Na, DM: 51,9%) e parcialmente desesterificada (GW-Na-5, DM: 37,1%) de gabiroba também foram utilizadas, pela primeira vez, no desenvolvimento de filmes biodegradáveis e mostraram ser promissoras, quando comparadas com as propriedades físicas e mecânicas dos filmes de PCP e PCP-5. Os filmes GW-Na e GW-Na-5 apresentaram como características físicas, a solubilidade reduzida (57,1 e 26,2%) e alto grau de intumescimento de 2,14 e 2,26, respectivamente. Das propriedades mecânicas, apresentaram, baixa flexibilidade (18,05 e 6,11 MPa), alta resistência a tração e rigidez (99,36 e 1040,9 MPa), semelhante à obtida pela pectina cítrica.

Abstract: Pectins have been used in several industrial segments. Thus, it is of interest to seek alternative sources and new extraction techniques in order to obtain differentiated molecules, as their application is directly related to the diversity of their structure and physical-chemical properties. The chemical structure of this polysaccharide varies depending on the plant source, the constituent part of the plant and the method of extraction. However, the extraction of pectins by pressurized hot water (PHWE) has been shown to be less aggressive, with less alteration of the chemical structure, keeping the physicochemical properties close to those observed in natura. Therefore, this work aimed to optimize the extraction process of gabiroba pectin (Campomanesia xanthocarpa Berg) using the alternative method by PHWE and to chemically characterize the polysaccharides obtained in different conditions. The effects of pressure, temperature and flow rate on pectin yields were analyzed using a 23 full factorial experimental design. The optimal extraction conditions to reach the maximum pectin yield (5.70% by mass) were pressure of 150 bar, temperature of 120 °C and flow rate of 1.5 mL min-1. The high pressure (100 bar) promoted an increase in the content of galacturonic acid (36.0%) in relation to the conventional extraction with hot water (CEGP) with 25.7%. Differences in the proportions of the homogalacturonan (HG) and rhamnogalacturonan (RG-I) domains ranging from 16.3 to 35.4% and 61.7 to 80.1%, respectively, were observed for each pectin sample according to the conditions of extraction. One-dimensional (13C-NMR) and two-dimensional (1H/13C HSQC-NMR) analyzes confirmed the presence of HG and RG-I regions and indicated the presence of type I arabinogalactans (AG-I) and type II arabinogalactans (AG-II) in the PHWE, with AG-I and AG-II found only for gabiroba pulp pectins obtained by the PHWE method. PHWE proved to be a promising method for the extraction of pectins from gabiroba fruits and was performed for the first time to obtain gabiroba polysaccharides. For the elaboration of biodegradable films of pectins cross-linked with calcium ion, the commercial citrus pectin HM, was purified and partially de-esterified. The degree of methyl-esterification (DM) ranged from 0% to 62.5% and the gradual de-esterification process was confirmed by one-dimensional analysis (1H-NMR). In order to investigate the influence of DM values on pectin film properties, PCP samples (DM: 62.5%); PCP-5 (DM: 37.4%); PCP-15 (DM: 19.1%) and the fully de-esterified PCP-35 (DM: 0%) were selected. The best preparation conditions were standardized following the concentration of 2% (w/v) pectin, 50% (w/w) glycerol and 25 mg g-1 of CaCl2 pectin, obtaining homogeneous and intact films. The second stage was added to the preparation of films consisting of immersion in a solution containing CaCl2 (3% w/v) and glycerol (10% v/v) to obtain a material with water barrier properties. Purified (GW-Na, DM: 51.9%) and partially de-esterified (GW-Na-5, DM: 37.1%) gabiroba pectins were also used, for the first time, in the development of biodegradable films and proved to be promising when compared with the physical and mechanical properties of PCP and PCP-5 films. The GW-Na and GW-Na-5 films showed reduced solubility (57.1 and 26.2%) and a high degree of swelling of 2.14 and 2.26, respectively. Regarding the mechanical properties, they presented low flexibility (18.05 and 6.11 MPa), high tensile strength and stiffness (99.36 and 1040.9 MPa), similar to that obtained by citrus pectin.