Extração e Identificção de óleos essenciais

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EXTRAÇÃO E IDENTIFICAÇÃO DO ÓLEO ESSENCIAL OBTIDO DE FOLHAS E GALHOS DE Eucalyptus viminalis CULTIVADO NO SUDOESTE DO PARANÁ Francyne Ferrari [PIBIC/Voluntário] 1, Sirlei Dias Teixeira [orientador] 1,2, Priscila Morgana Cogo [Colaborador]1 Carolina Sefstrom [Colaborador]1 1 2

COQUI – Coordenação de Química

PPGTP – Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos Campus Pato Branco Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR Via do Conhecimento, Km 1 - Pato Branco/PR, Brasil - CEP 85503-390 [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Resumo - O ramo da indústria faz muito uso de óleos de plantas para produção na área alimentícia, ambiental, farmacêutica, de cosméticos, entre outros. Na região sudoeste do Paraná há um grande cultivo de eucaliptos, com variadas espécies, uma delas é a do Eucalyptus viminalis, as folhas e galhos deste eucalipto são desperdiçados pela indústria madeireira, sendo assim, é muito útil realizar a extração do óleo essencial, tornando um negócio mais produtivo e lucrativo tanto para a indústria quanto para o produtor. As extrações foram realizadas por hidrodestilação, sendo possível a identificação da amostra através da comparação de espectros de massas. Palavras-chave: Eucalyptus viminalis, Extração, Óleo essencial, Identificação química. Abstract - The branch of industry makes much use of plant oils for food production in the area, environmental, pharmaceutical, cosmetics among others. In southwest region of Paraná is a large growing eucalyptus, with varied species, one of which is the Eucalyptus viminalis, the leaves and branches of eucalyptus are wasted by the timber industry, so it is very useful to carry out the extraction of essential oil, making a business more productive and profitable both for the industry and for the producer. The extractions were performed by hydro distillation, being possible the identification of the sample by comparing the mass spectra. Keywords: Eucalyptus viminalis, Extraction, Essential oil, Chemical identification.

INTRODUÇÃO O cultivo do eucalipto é realizado para vários fins, como o da lenha, papel, celulose, óleos essenciais para a indústria, carvão, fármacos, serraria, entre outros. Com mais de 17,8 milhões de hectares, a árvore mais plantada no mundo é a de eucalipto. [1] Como a variedade de espécies de eucaliptos é enorme, vale lembrar que o gênero Eucalyptus pertence a família Myrtaceae, com cerce de 650 espécies, é disperso em todo o mundo, cresce normalmente em climas e lugares diferentes, não somente nas regiões de origem. [1] O Eucalyptus viminalis Labill é uma planta exótica oriunda da Austrália (Estados da Tasmânia, Victoria e Nova Gales do Sul), encontrada em regiões de altitude sujeitas a baixas

temperaturas e regime pluviométrico uniforme, adaptando-se bem em regiões similares no Brasil. Como esta espécie é originária de uma região temperada, adapta-se, portanto, facilmente, a condições climáticas mais frias, onde a produtividade é naturalmente mais baixa. [2] Espécies do gênero Eucalyptus destacam-se no reino vegetal pela sua alta importância, tanto por seu valor econômico como do ponto de vista de suas virtudes medicinais. Sob o primeiro aspecto, pode-se ressaltar a indústria madeireira, que aproveita as qualidades das suas várias espécies para os mais variados fins (Cruz, 1985). No campo medicinal tem-se como exemplo a utilização do óleo essencial extraído das folhas do eucalipto no tratamento de diversas doenças do trato respiratório, desde resfriados até sua ação como agente antituberculósico (Oyedeji et al., 1999). Outros estudos mostraram também, atividade antimicrobiana e antifúngica ligadas a esse vegetal. [8] Os óleos essenciais são definidos pela ISO (International Standard Organization) como produtos obtidos de partes de plantas por meio da destilação por arraste de vapor d'água, bem como os produtos obtidos por prensagem dos pericarpos de frutos cítricos. De forma geral, são misturas complexas de substâncias voláteis, lipofílicas, geralmente odoríferas e líquidas (Simões e Spitzer, 2004). São complexos componentes voláteis, produzidos em diferentes partes da planta, sendo conhecidos por apresentarem várias funções na mesma, incluindo resistência conferida a pragas e doenças. [1] Dentre os fitocompostos, os óleos essenciais encontram maior aplicação biológica como agentes antimicrobianos, o que representa uma extensão do próprio papel que exercem nas plantas, defendendo-as de bactérias e fungos fitopatogênicos. [1] Óleos essenciais são resultantes do metabolismo secundário das plantas, normalmente formados em células ou grupos de células especializadas, geralmente encontradas nos caules e folhas. Sua composição química varia significativamente com diversos fatores, desde o cultivo da planta até o método de extração. [7] Os principais constituintes dos óleos essenciais são os terpenos e terpenóides [4]. A maioria dos terpenos são hidrocarbonetos, enquanto outros são alcoóis, éteres, aldeídos, cetonas ou ácidos carboxílicos. Os terpenos são compostos que apresentam aromas e podem ser separados da planta por aquecimento suave ou destilação a vapor. [3] A hidrodestilação consiste na extração dos componentes voláteis do óleo essencial devido a diferença de pressão de vapor utilizada no processo. Esse é um método muito usado na extração de óleo essencial de eucalipto, alecrim, canela entre. [5] Os processos tradicionais empregados para obter óleos essenciais são a hidrodestilação e a destilação com arraste a vapor (via laboratorial e industrial). A destilação utilizando vapor de água é uma operação unitária baseada na diferença de volatilidade de determinados compostos presentes na matéria-prima vegetal. A indústria prefere a destilação com arraste a vapor devido à sua maior simplicidade e economia, pois permite tratar de uma única vez quantidades significativas de material vegetal. [6] A cromatografia é um dos métodos mais eficientes na identificação dos componentes de óleos essenciais. O óleo essencial é injetado no cromatógrafo gasoso, sem nenhum tratamento prévio, o qual elimina possíveis modificações na composição da amostra ou na estrutura de seus constituintes devido ao pré-tratamento. Não se eliminam as alterações ocasionadas pela temperatura da análise, que pode afetar componentes termossensíveis. No cromatógrafo gasoso, os componentes do óleo essencial se separam e, em seguida, penetram no espectrômetro de massas, que permite registrar o correspondente espectro de cada uma das substâncias separadas. Os constituintes do óleo essencial são identificados por comparação aos diferentes padrões de fragmentação que se observam em seus espectros de massas presentes em bibliotecas de espectros, onde se relaciona os espectros obtidos das análises com

os do banco de dados das bibliotecas. Existem bases de dados, como a biblioteca Adams, com os espectros de massas de muitos componentes. [6] A cromatografia gasosa acoplada ao espectrômetro de massa permite realizar em uma só operação, para uma amostra da ordem de 1μL, uma análise qualitativa junto com uma indicação das proporções em que se encontram os componentes. Quando se dispõe de substância padrão, a calibração do equipamento permite uma análise quantitativa exata da amostra. [6] A extração do óleo essencial de folhas e galhos de Eucalyptus viminalis por hidrodestilação em aparelho de Clevenger, com o auxílio de um planejamento fatorial para a otimização do processo, possibilitou a análise e a identificação da amostra. Com isso, os objetivos foram:  Extrair o óleo essencial pelo processo de hidrodestilação em aparelho de Clevenger, a partir da elaboração de um planejamento fatorial;  Identificar a composição química do óleo essencial das folhas e galhos de Eucalyptus viminalis. METODOLOGIA Coleta do material vegetal. O material vegetal (folhas e galhos) foi coletado na região de Palmas – Paraná e levado para o laboratório da UTFPR – Campus Pato Branco, sendo que a primeira extração foi realizada após 24 horas da coleta do material. Secagem. A secagem foi realizada nos tempos de 24, 48 e 72 horas para posterior comparação de rendimento, partindo do planejamento fatorial. Extração do óleo essencial. O material vegetal, (folhas e galhos) do Eucalyptus viminalis, foi submetido à hidrodestilação em aparelho de Clevenger. Partindo do planejamento fatorial, utilizando como variáveis, quantidade de biomassa, tempo de extração, superfície de contato e o tempo de secagem, foi iniciado o processo de hidrodestilação. É importante ressaltar, que o planejamento fatorial foi feito com o intuito de otimizar o processo. Na figura 1, é apresentada a montagem do aparelho Clevenger para realizar a hidrodestilação. O volume do óleo essencial observado sempre era anotado. Após a extração o óleo essencial foi coletado em vials, para que qualquer resquício de água fosse eliminado foi utilizado secante (sulfato de sódio anidro). Feito isso, o óleo essencial foi armazenado sob refrigeração para posterior análise Análise do óleo essencial. Os óleos essenciais foram analisados no laboratório da UTFPR do Paraná (Central de Análises – com o auxilio de um cromatógrafo gasoso GC-2010, acoplado a um Espectrômetro de Massas - Shimadzu GCMS-QP2010Plus. A identificação dos constituintes foi realizada com base nos índices de retenção (Adams,2007) [9], obtidos da coinjeção de uma mistura de n-alcanos, e por comparação de seus espectros de massas, nas seguintes condições: coluna capilar Rtx-5MS (30 x 0,25 x 0,25), temperatura do injetor 250oC, rampa de aquecimento 60oC - 3oC/min - 240oC, hélio como gás de arraste, fluxo de 24,4 ml/min.

Figura 1. Sistema de obtenção de óleo essencial por hidrodestilação, utilizando aparelhos de Clevenger. RESULTADOS E DISCUSSÃO A análise dos constituintes do óleo essencial de Eucalyptus viminalis, foi realizada através de cromatografia gasosa acoplada a um espectrômetro de massas (CG/MS). Essa análise identificou 34 componentes presentes no óleo essencial de Eucalyptus viminalis, a partir do espectro de massas em comparação com espectros existentes na literatura [9] e índice de retenção (índice de Kovats). Na Figura 2 está sendo mostrado o cromatograma de uma amostra do óleo essencial de Eucalyptus viminalis:

Figura 2. Cromatograma de uma amostra do óleo essencial obtido por hidrodestilação de folhas e galhos de Eucalyptus viminalis. Na tabela 1, são apresentados os constituintes identificados com seus teores (%), índice de retenção (ou índice de Kovats) de acordo com a literatura (KIlit), e índices de retenção calculado (KIcalc), do óleo essencial de Eucalyptus viminalis. Tabela 1: Compostos presentes no óleo essencial obtido por hidrodestilação de folhas e galhos de Eucalyptus viminalis.

Compostos presentes

Índice de Kovats da literatura (KIlit)

Índice de Kovats (KIcalc)

Teor dos compostos (%)

α-pineno canfeno limoneno 1,8-cineol (eucaliptol) (Z)-β-ocimeno p-menta-3,8-dieno fenchona 2-metil- butirato de 2metil-butila α-canfolenal isoborneol 2(E)-3-metil-2-furilacroleína y-terpineol (Z)-4-caranona (E)-carviol neo-iso-dihidrocarviol carvotanacetona piperitona carvacrol isoledeno α-gurjuneno β-gurjuneno (Z)-jasmone aromadendreno neo-α-cloveno 9-epi-(E)-cariofileno viridifloreno α-selineno y-cadineno (E)-cicloisolongifol5-ol maaliol epi-α-cadinol α-cadinol (4-hidroxi-3-metoxi) cinamaldeído Outros Total

939 954 1029 1031

801 968 993 1001

12,0610 0,1320 4,5550 64,7730

1037 1072 1086 1100

1030 1054 1089 1097

0,1850 0,0100 0,0950 0,0070

1126 1160 1185

1120 1174 1185

0,0470 0,1930 0,3580

1199 1200 1216 1228

1196 1191 1226 1238

0,1600 0,0170 0,0830 0,1510

1247 1252 1299 1376 1409 1433 1392 1441 1454 1466 1496 1498 1513 1513

1255 1260 1305 1371 1408 1432 1395 1443 1449 1465 1495 1498 1515 1520

0,0725 0,0165 0,0925 0,0360 0,2080 0,1095 0,0350 0,9895 0,0710 0,3275 0,1470 0,0375 0,0350 0,0860

1567 1640 1654 1729

1559 1647 1662 1763

0,0210 0,0890 0,1390 0,0650

-

-

14,5955 85,4045%

O 1,8-cineol (eucaliptol) foi o componente encontrado em maior percentual na amostra de Eucalyptus viminalis (64,763%). O segundo em teor foi identificado como sendo o α-pineno (12,061%), seguido do limoneno (4,5550%). Segundo Nascimento et al., (2009) [10], a composição do E. dunnii, plantado no sul do Rio Grande do Sul, é 55,6% de 1,8-

cineol, 22,2% de α-pineno e 4,8% de limoneno, além de outros componentes em menor concentração, o que está de acordo com os dados encontrados neste trabalho, apesar de se tratar de outra espécie. Não foram encontrados valores na literatura para comparação do óleo essencial de E. viminalis. A porcentagem total de identificação dos compostos foi de 85,4045%, sendo assim 14,5955% não foram identificados. A porcentagem total de identificação dos compostos foi de 85,4045%, sendo assim 14,5955% não foram identificados Os espectros de massas dos componentes que se apresentaram em maior concentração no óleo essencial de E. viminalis são mostrados nas figuras 3, 4 e 5, respectivamente:

Figura 3. Espectro de massas do α-pineno.

Figura 4. Espectro de massas do limoneno.

Figura 5. Espectro de massas 1,8-cineol (eucaliptol). CONCLUSÕES

Com base nos dados obtidos, conclui-se que o método de extrair óleo essencial a partir da técnica de hidrodestilação é simples, porém deve-se tomar cuidado no momento de execução para que se obtenham bons resultados. Partindo dos resultados obtidos na análise do óleo essencial realizada no CG/MS, foi feita a comparação com os resultados da literatura (utilizando o cálculo do índice de retenção), identificando assim os compostos presentes no óleo essencial. As identificações são importantes, pois possibilitam inovações na produção industrial utilizando óleos essenciais. Sendo assim, é possível realizar um estudo se há viabilidade na utilização dos resíduos (folhas e galhos) gerados pelo Eucalyptus viminalis cultivado na região sudoeste do Paraná, com intuito da obtenção de óleos essencias com finalidade industrial, agregando assim valor ao Eucaliptus. Os resultados do planejamento fatorial foram discutidos em outro relatório, por outro acadêmico do Projeto. AGRADECIMENTOS À UTFPR pelo apoio a pesquisa e utilização dos laboratórios de Química, ao prof. Dr. Davi Costa Silva pelo auxílio nas injeções das amostras no aparelho CG/MS. REFERÊNCIAS [1] SOUZA , R. S. Renata. Caracterização quantitativa e composição de óleos essenciais em três estágios foliares de clones de eucalipto e sua relação com a ferrugem. 2008. 114 f. Dissertação (Mestrado em Agronomia) – Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP, Botucatu, 2008. [2] POGIANI, Fabio; et al. Quantificação da deposição de folhedo em talhões experimentais de Pinnus taeda, Eucalyptus viminalis e Mimosa scabrella Plantados em uma área degradada pela mineração do xistu betuminoso. IPEF, n.37, p.21-29, dez.1987. [3] LINSTROMBERG, Walter W; BAUMGARTEN, Henry E.. Organic chemistry a brief course. 5 ed. Toronto: D. C. Heath and company. 1983. MARTÍNEZ, E.M. Desenvolvimento de um modelo estatístico para aplicação no estudo da fadiga em emendas dentadas de madeira. 2001. Tese de Ciência e Natura, UFSM, 28 (1): 7 - 21, 2006 Doutorado - Interunidades em Ciência e Engenharia de Materiais. EESC/IFSC/IQSC -USP, 2001. [4] SOLOMONS, T. W. G. Química orgânica. v.4. Rio de Janeiro: LTC. 1982. [5] NEVES, Juliete S. Aromaterapia: um tema para o ensino de química. 2011. 28f. Monografia apresentada ao Instituto de Química da Universidade de Brasília. Universidade de Brasília. 2011. [6] STEFFENS, Andréia H.; Estudo da composição química dos óleos essenciais obtidos por destilação por arraste a vapor em escala laboratorial e industrial. 2010. 68f. Dissertação (Mestrado em Engenharia e Tecnologia de Materiais) – Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2010. [7] COSTA, Allen C. S., et al. Estudo Comparativo da Quantificação de Óleos Essenciais de Eucalyptus Citriodora e Eucalyptus Grandis Extraídos por Hidrodestilação. Universidade Tecnológica Federal do Paraná. EXPOUT. 2009. [8] NAKASHIMA, T, et al. Composição química e atividade antimicrobiana in vitro do óleo essencial de Eucalyptus cinerea F. Mull. ex Benth., Myrtaceae, extraído em diferentes intervalos de tempo. Curitiba – PR. p. 1-4 fever/jul 2008. Universidade Federal do Paraná, 2005.

[9] ADAMS, R. P. 2007. Identification of Essential Oil Components by Gas Chromatography / Mass Spectroscopy. Carol Stream, Ilinois, Allured Publishing Corporation. [10] NASCIMENTO, José E.; RODRIGUES, Camila L.; JACOB, Raquel G.; PERIN, Gelson; LENARDÃO, Eder J. Potencial de três espécies de eucalipto para produção de óleos essenciais na metade sula do Rio Grande do Sul. In: XVII ENCONTRO DE QUÍMICA DA REGIÃO SUL. 2009, Rio Grande, RS.